Capitolo 28
Le comunità
gli ecosistemi
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e
La struttura delle comunità
28.1 Una comunità comprende tutti gli organismi che
vivono in una data area
Una comunità biologica è l’insieme di tutte le
popolazioni di organismi che vivono in un determinato
territorio, abbastanza vicini per poter interagire tra loro.
Figura 28.1
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I parametri che caratterizzano ciascuna comunità
sono:
• la diversità delle specie;
• le specie dominanti;
• il tipo di reazioni alle perturbazioni;
• la struttura trofica.
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28.2 La competizione è causata dalla condivisione di
una risorsa limitata
• La competizione interspecifica si verifica tra due
specie che concorrono per la stessa risorsa
limitata.
• La nicchia ecologica di una specie è definita
come il suo ruolo nell’uso complessivo delle risorse
biotiche e abiotiche.
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Il principio di esclusione competitiva stabilisce che
due popolazioni di specie diverse non possano
coesistere in una stessa comunità se le loro nicchie sono
identiche.
Alta marea
Chthamalus
Nicchia di
Chthamalus
Balanus
Nicchia di
Balanus
Oceano
Bassa marea
Figura 28.2A
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Per selezione naturale, specie concorrenti possono
modificare leggermente le proprie nicchie e giungere a
una ripartizione delle risorse che permette loro di
convivere in una stessa comunità.
A. ricordii
A. insolitus
A. aliniger
A. distichus
A. christophei
A. cybotes
A. etheridgei
Figura 28.2B
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A. insolitus
si apposta sui rami ombrosi.
A. distichus
si apposta su superfici assolate.
28.3 La predazione induce l’evoluzione di
adattamenti sia nei predatori sia nelle prede
• La predazione è un’interazione tra organismi in cui
una specie, il predatore, si nutre di un’altra, la
preda.
• Prede e predatori per selezione naturale possono
evolvere adattamenti particolari.
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Il mimetismo critpico (camuffamento) e la difesa
chimica sono strategie difensive delle prede contro la
predazione.
Figura 28.3A
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Figura 28.3B
Una specie preda può anche sfruttare un tipo di
protezione imitando le fattezze di una specie in qualche
modo pericolosa o disgustosa: in questo caso di parla di
mimetismo batesiano.
Figura 28.3C
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Figura 28.3D
28.4 La predazione contribuisce a mantenere la
diversità di una comunità
Una specie chiave di volta è un predatore che mantiene
la diversità della sua comunità riducendo la densità dei
competitori più forti e impedendo l’esclusione competitiva
delle specie più deboli.
Figura 28.4A
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• Se la specie chiave di volta viene
eliminata diminuisce la biodiversità.
– Nel Pacifico settentrionale, la
predazione delle lontre marine da
parte delle orche ha fatto aumentare
il numero dei ricci di mare (di cui si
nutrono le lontre).
– Dove abbondano i ricci di mare
scarseggia la loro fonte di nutrimento
principale: le alghe brune kelp.
– La scomparsa di una specie chiave di
volta (la lontra) povoca la scomparsa
di altre specie (le alghe kelp).
Figura 28.4B
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28.5 Gli erbivori e le piante di cui essi si nutrono
hanno evoluto diversi adattamenti reciproci
• Gli erbivori sono animali che hanno evoluto
adattamenti utili a nutrirsi di piante o alghe.
• Per difendersi, molte piante producono composti
tossici.
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28.6 Le relazioni di simbiosi contribuiscono a
strutturare le comunità
• Una relazione simbiotica è un’interazione nella
quale due o più specie vivono insieme in intimo
contatto.
• Vi sono tre tipi di interazioni considerate simbiotiche:
–
le relazioni di parassitismo;
–
le relazioni di commensalismo;
–
le relazioni di mutalismo.
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• Nel parassitismo un organismo, il parassita, si nutre a
spese dell’ospite. I patogeni, a differenza della maggior
parte dei parassiti, tendono a uccidere il proprio ospite.
• Nel commensalismo una specie beneficia della
presenza dell’altra, che non ne viene disturbata.
• Nel mutualismo entrambi i partner traggono beneficio
reciproco di varia entità dalla relazione.
Figura 28.6A
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Figura 28.6B
28.7 Le comunità sono soggette a continue
perturbazioni di intensità molto variabile
• Le perturbazioni sono eventi disturbanti caratteristici
della maggior parte delle comunità, che
–
danneggiano le comunità biologiche,
–
rimuovono organismi da esse;
–
alterano la disponibilità delle varie risorse.
• Gli incendi, le alluvioni, i periodi di siccità, il
sovrappascolo o le attività umane sono esempi di
sovrappopolazione.
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28.8 La struttura trofica è un fattore chiave nelle
dinamiche delle comunità biologiche
• La comunità degli organismi di ogni ecosistema ha
una propria struttura trofica, cioè un modello di
interazioni alimentari costituito da più livelli.
• La sequenza dei passaggi di cibo da un livello
trofico a un altro è chiamata catena alimentare.
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Livello trofico
Una catena alimentare
raffigura il flusso di energia
e nutrienti dalle piante
(produttori) agli erbivori
(consumatori primari) ai
carnivori (consumatori
secondari e di livello
maggiore).
Consumatori
quaternari
Poiana
Orca
Consumatori
terziari
Serpente
Tonno
Consumatori
secondari
Topo
Aringhe
Consumatori
primari
Cavalletta
Zooplancton
Produttori
Pianta
Figura 28.8
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Catena alimentare terrestre
Fitoplancton
Catena alimentare marina
• I detritivori o decompositori (animali saprofagi,
funghi e procarioti) decompongono i materiali di
scarto e riciclano le sostanze nutritive negli
ecosistemi.
• La decomposizione operata dai microrganismi è
l’atto finale che lega tutti gli organismi in un ciclo ed
è essenziale per ogni comunità, così come per la
vita stessa.
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28.9 Catene alimentari interconnesse formano reti
alimentari
Consumatori quaternari,
terziari,
e secondari
Una rete
alimentare è
un fattore
biotico chiave
in molti
ecosistemi.
Consumatori
terziari
e secondari
Consumatori
secondari
e primari
Consumatori
primari
Produttori
(piante)
Figura 28.9
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La struttura e le dinamiche degli ecosistemi
28.10 L’ecologia degli ecosistemi prende in
considerazione il flusso di energia e il riciclaggio
chimico
Un ecosistema è
costituito
dall’insieme di tutti
gli organismi di una
comunità e
dall’ambiente
abiotico con cui
questi organismi
interagiscono.
Flusso
di energia
Energia
chimica
Energia
luminosa
Energia
termica
Elementi chimici
Figura 28.10A
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Riciclaggio
chimico
28.11 Sulla produzione primaria si basa la quantità
di energia disponibile per l’ecosistema
La produttività primaria è il tasso con cui i produttori
convertono l’energia solare in energia chimica sotto
forma di molecole organiche (biomassa).
Oceano aperto
Estuario
Letti di alghe e barrire coralline
Deserti e semi-deserti
Tundra
Prateria temperata
Aree coltivate
Foresta boreale (taiga)
Savana
Foresta decidua temperata
Foresta tropicale pluviale
Figura 28.11
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0
500
1000
1500
Produttività primaria netta
2000
2500
(g/m2/anno)
28.12 L’energia disponibile limita la lunghezza delle
catene alimentari
Una piramide della produttività mostra il flusso di
energia dai produttori ai consumatori dei vari livelli trofici.
Consumatori
terziari
Consumatori
secondari
Consumatori
primari
10 kcal
100 kcal
1000 kcal
Produttori
10 000 kcal
Figura 28.12
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1 000 000 kcal di energia luminosa
• I produttori convertono soltanto l’1% della quantità
di energia solare che raggiunge la Terra in
produttività primaria.
• Soltanto circa il 10% dell’energia immagazzinata
da un livello diventa disponibile per quello
successivo.
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COLLEGAMENTI
28.13 La piramide della produttività spiega perché il
consumo di carne può essere considerato un lusso
I produttori potrebbero sostenere molte più persone se
non ci comportassimo come consumatori secondari ma
soltanto primari.
Livello trofico
Consumatori
secondari
Consumatori
primari
Individui a dieta
carnivora
Bestiame
Individui a dieta
vegetariana
Mais
Produttori
Figura 28.13
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Mais
28.14 Le sostanze chimiche vengono riciclate
attraverso il passaggio tra materia organica e riserve
abiotiche
I cicli biogeochimici
sono i cicli in cui le
sostanze nutritive
vengono riciclate e
continuamente
trasferite dagli
organismi ai serbatoi
abiotici.
2
3
Produttori
1
Detritivori
4
Sostanze
nutritive
disponibili
per i produttori
Figura 28.14
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Consumatori
Serbatoio
abiotico
28.15 L’acqua è coinvolta in un ciclo globale della
biosfera
Nel ciclo dell’acqua il
motore è l’energia solare,
che innesca le precipitazioni,
l’evaporazione e la
traspirazione.
Energia solare
Trasporto sopra
la terraferma
Movimento netto
di vapore acqueo dovuto
ai venti
Precipitazioni Evaporazione
sugli oceani dall’oceano
Evaporazione
e traspirazione
dalla terraferma
Dilavamento e acque
del sottosuolo
Figura 28.15
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Precipitazioni
sulla terraferma
Percolazione
attraverso
il suolo
28.16 Il ciclo del carbonio dipende dalla fotosintesi e
dalla respirazione
Nel ciclo del carbonio,
questo elemento viene
CO2 atmosferico
Fotosintesi
Respirazione
cellulare
• prelevato dall’atmosfera
attraverso la fotosintesi;
• fissato nelle molecole
organiche;
• restituito in fine
all’atmosfera attraverso la
respirazione cellulare.
Combustione
di combustibili
fossili e legname
Composti
del carbonio
nell’acqua
Sostanze
di rifiuto
Decomposizione
Figura 28.16
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Consumatori Consumatori di
livello più elevato
primari
28.17 Nel ciclo dell’azoto è fondamentale il ruolo dei
batteri
Nel ciclo dell’azoto i
batteri azotofissatori
concentrano l’azoto
gassoso N2 in composti
assimilabili dalle piante:
ioni ammonio (NH4+) e
nitrati (NO3–).
Azoto atmosferico (N2)
Fissazione
dell’azoto
Batteri azotofissatori
nei noduli radicali
delle leguminose
Assimilazione
da parte
delle piante
Nitrati
(NO3–)
Detritivori
Decomposizione
Ione ammonio (NH4+)
Batteri azotofissatori
del suolo
Figura 28.17
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Batteri
denitrificanti
Batteri
nitrificanti
• I detritivori decompongono i rifiuti azotati in ioni
ammonio, rendendo così l’azoto di nuovo
disponibile per le piante.
• I batteri denitrificanti del terreno completano il ciclo
dell’azoto, trasformando i nitrati presenti nel suolo
in N2 atmosferico.
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28.18 Il ciclo del fosforo dipende dall’erosione delle
rocce
Nel ciclo del fosforo il
riciclaggio avviene a
livello locale: il
serbatoio abiotico del
fosforo è costituito dalle
rocce.
Pioggia
Erosione
Sollevamento
delle rocce
degli strati
Dilavamento
geologici
Consumatori
Sedimentazione
Assimilazione di PO43–
da parte delle piante
Suolo
Dilavamento
Decompositori
Figura 28.18
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Piante
L’alterazione degli ecosistemi
29.19 L’alterazione degli ecosistemi può
destabilizzare i cicli biogeochimici
• Il funzionamento di ogni ecosistema dipende
strettamente dall’equilibrio nei cicli delle sostanze
nutritive.
• Eventuali alterazioni di questi cicli possono avere
ripercussioni sulla struttura delle comunità.
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Studi a lungo termine condotti su un ecosistema
forestale hanno dimostrato che drastiche alterazioni,
come la totale rimozione della vegetazione, possono
aumentare il dilavamento delle sostanze nutritive.
80
60
40
20
4
3
2
1
0
Area disboscata
Termine della fase
di deforestazione
1965
Figure 28.19A-C
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1966
Area di controllo
1967
1968
28.20 Gli ecosistemi di acqua dolce sono molto
sensibili alle alterazioni dei cicli biogeochimici
Il dilavamento delle sostanze nutritive (fosforo e azoto)
da terreni agricoli e gli scarichi fognari non
adeguatamente depurati possono provocare fioriture
algali per eutrofizzazzione, processo che riduce la
biodiversità e abbassa la qualità delle acque.
Figura 28.20
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