ECOLOGIA:
scienza che studia le interazioni tra esseri viventi e ambiente e le relazioni tra i diversi organismi.
Nell’ecologia queste relazioni possono essere studiate secondo più livelli di complessità. Si possono studiare
dal punto di vista delle:
1. Popolazioni (= insieme di tutti gli organismi della stessa specie che vivono in uno stesso luogo, nello
stesso momento): studio dei fattori che condizionano gli organismi e come varia la popolazione nel
tempo.
2. Comunità (= insieme di popolazioni diverse che vivono nello stesso luogo e nello stesso momento):
studio delle diverse specie e dellle interazioni tra esse (es. parassitismo, simbiosi, competizione,
commensalismo).
3. Ecosistema (= insieme di tutte le comunità che vivono in uno stesso ambiente e dell’ambiente in cui
vivono). Negli ecosistemi si distinguono una componente abiotica (parametri o fattori chimici e fisici
che caratterizzano l’ambiente – tutto quello che non è vita e forma l’ambiente fisico) e componente
biotica (tutte le popolazioni di organismi che abitano l’ecosistema – l’insieme di tutti i viventi).
Sulla Terra esistono tanti e diversi ecosistemi. Ce ne sono alcuni che sono talmente vasti, da poter essere
considerati maxi ecosistemi, chiamati biomi.
BIOMA: grandi ecosistemi che si estendono su ampie zone del pianeta caratterizzate da specifiche condizioni
climatiche, definiti in base alle comunità animali e vegetali che li popolano. Ssi dividono in:
1. Acquatici:
Di acque salate: mari e oceani
Di acque dolci: fiumi, laghi, stagni, torbiere (stadio evolutivo finale del lago)
2. Terrestri
Foresta equatoriale
Deserto
Savana
Steppa – Prateria
Macchia Mediterranea
Foreste di latifoglie
Taiga (foresta di conifere)
Tundra
Oltre a questi otto ci sono i Ghiacci polari e le Alte cime di montagna.
Negli ecosistemi sono presenti diversi zone abiotiche o habitat (= luogo fisico dove vive una specie)
Per esempio in un ecosistema di acqua dolce tipo lago o stagno sono presenti i seguenti habitat: zona dei
fondali, zona delle acque profonde, zona delle acque aperte o limnetica e zona litorale.
Negli ecosistemi acquatici (sia mari sia laghi) gli essere viventi presenti vengono suddivisi in gruppi diversi a
secondo del tipo di movimento o della posizione:
1. PLANCTON: insieme di tutti gli organismi, sia vegetali (fitoplancton), sia animali (zooplancton)
microscopici che galleggiano nell’acqua e sono trasportati dalle correnti (es. meduse, alghe
microscopiche, piccoli crostacei).
2. NECTON: insieme di tutti gli organismi, solitamente animali, che nuotano nell’acqua e possono andare
contro corrente (es. pesci, mammiferi acquatici).
3. BENTHOS: insieme di tutti gli organismi, animali o vegetali, che vivono sul fondo sia fissi ( o SESSILI,
come per es. coralli, spugne alghe pluricellulari) sia in movimento (es. molluschi, crostacei, planaria).
4. PLEUSTON: insieme di tutti gli organismi che vivono sulla superficie dell’acqua (es. idrometra,
notonetta).
I ruoli che svolgono gli organismi all’interno della comunità
Habitat = indirizzo (luogo fisico dove vive una specie)
Nicchia ecologica = stile di vita o mestiere (di cosa si nutre)
Nicchia ecologica: ruolo che svolge una certa specie nel suo habitat, che dipende dalle sue abitudini di vita
riguardanti l’alimentazione, la riproduzione e le interazioni con gli altri organismi.
Ogni specie possiede una propria nicchia ecologica.
Alcune specie possono vivere nello stesso habitat ma avere nicchie ecologiche differenti: prendiamo come
esempio una comunità di uccelli che vive sullo stesso albero, quindi nel medesimo habitat. Pur avendo lo
stesso habitat vivono in parti diverse poiché hanno esigenze e abitudini alimentari diverse.
Condividono lo stesso habitat, ma hanno una nicchia ecologica diversa.
Se due specie hanno la stessa nicchia ecologica entrano in COMPETIZIONE tra loro per il cibo, l’acqua, il
territorio, la luce . La conseguenza possibile è che la specie più forte prevale su quella più debole, la quale
soccombe: può scomparire la popolazione in quella nicchia oppure può essere relegata in una piccola parte
della nicchia.
Ogni specie ha la sua nicchia ecologica, ma esistono casi particolari:
Specie che ha, nel corso della vita, due nicchie ecologiche. (Es. girino (animale acquatico), la rana
(animale terrestre)
Specie che ha due nicchie ecologiche. In certi casi si nutre e vive in un modo, mentre in altri si nutre e
vive in un altro (es. tartaruga azzannatrice: mangia tartarughe acquatiche piccole o i resti degli animali
morti).
QUINDI:
1 SPECIE 1 NICCHIA = NORMA
2 SPECIE 1 NICCHIA = COMPETIZIONE
1 SPECIE 2 NICCHIE = STADIO LARVALE, STADIO ADULTO. O MOMENTO DI SCARSO CIBO E
ALCUNI ANIMALI SI ACCONTENTANO DI CADAVERI.
Il flusso di energia negli ecosistemi
L’energia che mantiene in vita tutti gli ecosistemi proviene dal Sole. Il sole emette energia luminosa e termica.
Questa energia può essere utilizzata unicamente da alcuni organismi presenti sulla Terra: i vegetali e
trasformata in energia chimica compiendo un processo particolare: la FOTOSINTESI CLOROFILLIANA.
Solo l’1% dell’energia proveniente dal Sole viene trasformata in energia chimica (= energia contenuta nei
legami delle molecole).
L’unica forma di energia che gli essere viventi possono usare è l’energia chimica.
Ogni volta che c’è una trasformazione di energia questa viene dissipata sotto forma di calore (2° principio della
termodinamica).
FOTOSINTESI CLOROFILLIANA
Fotosintesi (1%)
energia luminosa
energia chimica
metabolismo
calore
energia chimica
calore
Fotosintesi (photos: luce) Sintesi di sostanze organiche con la luce, clorofilliana (la clorofilla è una molecola
verde che riflette la radiazione verde della luce bianca del sole). E’ un processo anabolico attraverso cui i
vegetali e i batteri fotosintetici trasformano l’energia luminosa in energia chimica, mediante la produzione di
glucosio (sostanza organica), a partire da anidride carbonica e acqua. La rappresentiamo con una equazione
chimica bilanciata (modo sintetico per rappresentare un processo):
6CO2 + 6H2O
luce
C6H12O6 + 6O2
clorofilla
Reagenti
Prodotti
6: coefficiente stechiometrico
L’equazione chimica segue il principio di conservazione di massa: uguali atomi a destra e a sinistra dell’uguale.
A differenza della fotosintesi clorofilliana, la respirazione cellulare è un processo catabolico o l’equazione
chimica è:
C6H12O6 + 6O2
Reagenti
6CO2 + 6H2O + 36/38 ATP + calore
Prodotti
Attraverso la respirazione cellulare si libera energia chimica sotto forma di ATP e di calore.
I livelli trofici, catene e reti alimentari
Per rappresentare il flusso di energia e di materia attraverso la componente biotica di un ecosistema si può
ricorrere alla CATENA ALIMENTARE: sequenza di organismi in cui ogni organismo è mangiato da quello
successivo e gli organismi sono uniti sono uniti da una freccia che va dall’organismo mangiato all’organismo
che mangia.
Gli organismi che fanno parte della catena alimentare possono essere:
AUTOTROFI (= producono da sé il cibo)
ETEROTROFI (= utilizzano qualcosa di diverso dal loro corpo come cibo)
Se voglio visualizzare il flusso di energia e materia che passa tra i vari organismi della catena posso utilizzare
questa rappresentazione (Es. pianta, cavalletta, topo, serpente, rapace).
Es.:
.
pianta
cavalletta
topo
serpente
rapace
produttore
consum.
primario
consum.
secondario
consum.
terziario
consum.
quaternario
Ogni anello della catena alimentare rappresenta un LIVELLO TROFICO. Il numero massimo dei livelli trofici è
cinque, perché non c’è più abbastanza energia per sostenere un altro livello trofico.
1. PRODUTTORI (es. piante e alghe): organismi autotrofi capaci di trasformare il carbonio inorganico
(sostanze inorganiche: non hanno carbonio oppure non è legato direttamente all’idrogeno) in
carbonio organico (sostanze organiche: carbonio legato direttamente all’idrogeno), tramite il
processo della fotosintesi.
2. CONSUMATORI: sono organismi eterotrofi che si nutrono di altri organismi e trasformano le sostanze
organiche introdotte sotto forma di cibo in altre sostanze organiche utili per loro. Sono chiamati
anche eterotrofi (utilizzano qualcosa di diverso dal loro corpo per cibarsi). Esistono consumatori di
vario grado:
CONSUMATORI PRIMARI: si nutrono di produttori. Sono gli animali erbivori o del regno dei
protisti.
CONSUMATORI SECONDARI: si nutrono dei consumatori primari cioè di erbivori. Sono animali
carnivori.
CONSUMATORI TERZIARI: si nutrono dei consumatori secondari cioè di carnivori
generalmente di taglia inferiore. Sono anch’essi animali carnivori.
3. DETRITIVORI: animali si nutrono di resti di altri organismi già morti (saprofagi) o di sostanze di rifiuto
prodotte da altri organismi. Per es. Iene, tartaruga azzannatrice, avvoltoi, lombrichi, pulci d’acqua.
4. DECOMPOSITORI: sono gli organismi che nutrendosi dei resti di altri organismi o di prodotti di rifiuto
trasformano queste sostanze organiche in sostanze inorganiche. Funghi e batteri. (sono eterotrofi).
Esistono tantissime catene alimentari che si intersecano tra loro. Un organismo può contemporaneamente far
parte di più catene alimentari, che si intersecano una con l’altra formando una RETE ALIMENTARE.
nome del livello trofico
descrizione
organismi che ne fanno parte
terrestri
1) PRODUTTORI
(autotrofi)
2) CONSUMATORI
Organismi capaci di trasformare le sostanze
inorganiche (o non hanno carbonio, o esso
non è direttamente collegabile all’idrogeno)
in sostanze organiche (tutte quelle che
contengono carbonio direttamente
collegabile all’idrogeno) attraverso processi
come fotosintesi o chemiosintesi.
Piante
acquatiche
Alghe unicellulari
(FITOPLANCTON)
Alghe pluricellulari
(BENTHOS)
Organismi che si nutrono di altri organismi,
perciò trasformano le sostanze organiche
ingerite in altre sostanze organiche utili per
loro. Si dividono in:
(eterotrofi)
- Consumatori primari coloro che si
nutrono di produttori cioè di vegetalisono
gli erbivori.
Animali erbivori
Animali carnivori
- Consumatori terziari coloro che si
nutrono di animali carnivori, generalmente
di taglia inferiore alla loro.
Animali carnivori
Organismi che si nutrono di resti di altri
organismi già morti (saprofagi) o di
sostanze di rifiuto lasciate da altri
organismi.
Animali di qualsiasi
taglia, sia vertebrati che
invertebrati.
Organismi che nutrendosi dei resti di altri
organismi o di prodotti di rifiuto,
trasformano queste sostanze organiche in
sostanze inorganiche (fanno il contrario dei
produttori).
Funghi e batteri
- Consumatori secondari coloro che si
nutrono dei consumatori primari sono
carnivori
3) DETRITIVORI
(eterotrofi)
4) DECOMPOSITORI
(eterotrofi)
La piramide delle biomasse e le piramidi dell’energia
BIOMASSA: materia organica che costituisce la massa di un singolo organismo vivente o di un’intera
popolazione. E’ espressa in kilogrammi
Per poter visualizzare l’energia contenuta nella biomassa si utilizza la piramide delle biomasse.
10% biomassa o energia utile
90% in calore e sostanze di
Consumatori secondari
rifiuto
Consumatori primari
di rifiuto
10% biomassa o energia utile
Produttori
90% calore e sostanze
di rifiuto
In una catena alimentare, la biomassa decresce ad ogni passaggio al livello trofico successivo: quindi nella
piramide della biomassa, anche graficamente, il volume della piramide diminuisce andando verso l’alto.
Esiste una precisa relazione, secondo la LEGGE del DECIMO: nel passaggio da un livello trofico a quello
successivo solo il 10-15% della biomassa passa al livello trofico successivo quindi sarà utilizzato dall’organismo
nel livello trofico successivo. Il restante 85-90% viene disperso in calore o in sostanza di rifiuto e non sarà
quindi utilizzato dall’organismo successivo per produrre sostanze proprie..
Esempio:
510 g respirazione
120 g biomassa
utile
.
mangia
1 mucca
1.000 g di erba
(biomassa)
370 g feci
ecosistema
Componente
Componente
ABIOTICA
BIOTICA
Aria, acqua, suolo
calore
Esseri viventi
Il flusso di energia
è unidirezionale
Componente
Componente
ABIOTICA
BIOTICA
Il flusso della materia è
ciclico
Cicli biogeochimici
degli elementi
Cicli biogeochimici degli elementi:
insieme di trasformazioni chimico-fisische che subiscono i diversi elementi (per es. carbonio, azoto, fosforo,
zolfo, ossigeno…) all’interno della biosfera passando dalla componente abiotica (atmosfera, idrosfera,
litosfera) a quella biotica (esseri viventi)
IL CICLO DEL CARBONIO (in un ecosistema terrestre)
Nell’anidride carbonica o diossido di carbonio (CO2 che è presente nell’atmosfera solo lo 0,03%) il carbonio
presente è INORGANICO. Attraverso la FOTOSINTESI il carbonio inorganico si trasforma in GLUCOSIO (C6H2O6)
e quindi in carbonio ORGANICO(organicazione o fissazione del carbonio). La fotosintesi è svolta dagli organismi
fotosintetici detti fotoautotrofi che svolgono il ruolo di produttori (piante e alcuni batteri foto sintetici).
Gli altri organismi eterotrofi introducono direttamente sostanze organiche sottoforma di cibo, quindi
attraverso l’alimentazione e l’assimilazione, le sostanze organiche passano lungo la catena alimentare
passando dai consumatori primari ai secondari ai terziari e ai quaternari.
I produttori e i consumatori attraverso la RESPIRAZIONE bruciano il glucosio che, combinandosi con l’ossigeno,
si trasforma in acqua e CO2, che viene di nuovo immesso in atmosfera.
I produttori ed i consumatori producono sostanze di rifiuto che finiscono nel terreno oppure, quando
muoiono, i loro resti rimangono sul terreno e vengono attaccati dai DETRITIVORI (iene, avvoltoi e piccoli
animali) e dai decompositori (funghi e batteri) che, attraverso la DECOMPOSIZIONE, trasformano la sostanza
organica in sostanza inorganica e quindi nuovamente in anidride carbonica CO2 .
In natura esistono altri processi attraverso cui il carbonio da organico diventa inorganico, ad esempio
attraverso la COMBUSTIONE: avviene quando boschi e foreste bruciano a causa di incendi naturale o dolosi o
quando si brucia il legno, usato come combustibile per produrre energia. Anche la combustione dei cosidetti
combustibili fossili (metano (CH4), petrolio, carbone) rilascia in atmosfera carbonio come CO2 .
I combustibili fossili sono così chiamati perché si sono formati mediante un processo che fa parte del ciclo del
carbonio detto FOSSILIZZAZIONE. Tale processo richiede tempi lunghissimi (centinaia di migliaia di anni) e si
verifica quando vi è un forte accumulo di materia organica (per es. resti di foreste) in un ambiente privo o
povero di ossigeno (ambiente anossico), per cui non può avvenire la decomposizione; inoltre, questo resti
organici devono essere seppelliti sotto uno strato di sedimenti inorganici tipo limo o argilla o fango per cui vi è
un aumento di pressione.
IL CICLO DEL CARBONIO (in un ecosistema acquatico)
In un ecosistema acquatico, i produttori non sono le piante, ma le alghe unicellulari del fitoplancton e
pluricellulari bentoniche che effettuano la FOTOSINTESI utilizzando la CO2 disciolta in acqua proveniente sia
dall’atmosfera sia dalla RESPIRAZIONE degli organismi acquatici. Anche in questo caso avviene la
DECOMPOSIZIONE dei resti di organismi che precipitano sul fondo del mare. Invece non possiamo includere
nel ciclo la combustione, dovuta agli incendi, poiché non può avvenire, ovviamente, in acqua. Sotto i fondali
oceanici può avvenire la formazione di combustibili fossili (FOSSILIZZAZIONE) che vengono estratti e quindi,
successivamente bruciati, liberando ancora una volta CO2
La CO2 presente in acqua è utilizzata, oltre che per la fotosintesi, anche per la costruzione di scheletri o gusci di
calcare (CaCO3) da parte di organismi che possono essere alghe unicellulari o organismi eterotrofi come
coralli e molluschi.
CO2 + H2O
H2CO3 (Acido carbonico)
2H+ + CO3= (ione carbonato)
Se in acqua è presente lo ione calcio (Ca++) lo ione carbonato e quello calcio si uniscono e formano il CALCARE
(CaCO3) insolubile in acqua.
Quando questi organismi muoiono, la parte molle del corpo viene decomposta, mentre i gusci di carbonato di
calcio possono accumularsi sui fondali e subire, nel tempo, un processo di litificazione che porta alla
formazione di rocce carbonatiche (calcare) usate dall’uomo come materiale da costruzione .
IL CICLO DELL’AZOTO
L’azoto (N2) atmosferico, è presente per il 78% nell’atmosfera. Quasi nessun organismo, però, è in grado di
utilizzarlo.
Gli unici capaci sono i BATTERI AZOTOFISSATORI (Rhizobium leguminosarium) che vivono solo nelle radici delle
piante di leguminose (trifoglio, piselli, fave…) in simbiosi mutualistica (entrambe le specie ricavano vantaggio).
Questi batteri trasformano l’azoto in ione ammonio NH4+ che può essere utilizzato dai BATTERI
NITRIFICANTI, presenti nel suolo, per formare lo ione nitrato NO3-.
I nitrati vengono assorbiti, insieme all’acqua, dalle radici di tutte le piante che utilizzano questo azoto per
produrre aminoacidi (proteine), DNA e RNA. L’azoto che le piante hanno organicato formando biomolecole,
attraverso la CATENA ALIMENTARE, passa a tutti gli organismi eterotrofi. Dai viventi (piante, animali) si
formano sostanze di rifiuto o detriti costituiti dai resti degli organismi morti. Tutto ciò finisce nel suolo dove
grazie ai decompositori (funghi e batteri) si liberano ancora nitrati. Grazie ai BATTERI DENITRIFICANTI lo ione
nitrato NO3- è trasformato in azoto elementare (N2) che finisce in atmosfera.
INTERAZIONI TRA ORGANISMI
1. COMPETIZIONE.
Può essere
INTRASPECIFICA (tra organismi della stessa specie)
INTERSPECIFICA (tra organismi di specie diverse)
La competizione riguarda tutti gli organismi e avviene quando due organismi occupano la stessa nicchia
ecologica e quindi entrano in conflitto per accaparrarsi le stesse risorse (soprattutto se sono limitate) come
l’acqua, il cibo, il partner (solo per la competizione intraspecifica). La competizione esiste anche tra le piante
per la luce, l’acqua, i sali minerali, lo spazio.
Una delle due specie è svantaggiata, l’altra può sia ricavare vantaggio, sia svantaggio.
Es. di competizione INTRASPECIFICA: la lotta tra ippopotami o leoni per una femmina con cui accoppiarsi.
Es. di competizione INTERSPECIFICA: il gambero della Louisiana (vantaggio) e il gambero del lago di Varese
(svantaggio).
Per evitare la competizione bisogna sapersi adattare a situazioni diverse.
2. PREDAZIONE.
Riguarda generalmente gli animali ed è finalizzata alla cattura del cibo, rappresentato da un animale (preda) di
taglia più piccola del procacciatore (predatore).
sono sempre presenti
un PREDATORE (sempre avvantaggiato) può essere un consumatore
secondario, terziario, quaternario
una PREDA (sempre svantaggiata) può essere un consumatore
primario, secondario, terziario
Il predatore e la preda si devono adattare al ruolo che devono svolgere. Il predatore deve sviluppare
meccanismi di attacco specifici (artigli, denti canini lunghi, molari grossi per tritare le ossa, veleno, velocità,
astuzia, mimetizzazione). La preda deve sviluppare meccanismi di difesa specifici (veleno, velocità, resistenza,
mimetizzazione).
Un caso particolare di predazione è l’ALIMENTAZIONE ERBIVORA
erbivori (sempre avvantaggiati)
Vegetali (sempre svantaggiati)
SIMBIOSI (= vivere insieme)
Può essere sviluppata in tre forme
MUTUALISMO
COMMENSALISMO
PARASSITISMO
3. MUTUALISMO
Si verifica quando individui di due specie diverse si adattano a vivere insieme, ottenendo un vantaggio
reciproco. È una relazione obbligatoria che condiziona l’evoluzione di entrambe le specie.
Es. Pesce pagliaccio (protetto) – Anemoni (puliti dal pesce).
Batteri azotofissatori (vivono nelle radici delle leguminose in un ambiente con poche fluttuazioni) –
leguminose (ottengono ammonio e nitrati prodotti dai batteri).
Paguro (difesa, per le cellule orticanti dell’attinia) – Attinia (spostandosi ha più possibilità di ricavare il cibo).
Coralli (usano le sostanze organiche prodotte dalle alghe con la fotosintesi – alghe unicellulari (usano la CO2
prodotta dai coralli per fotosintetizzare)
Licheni = simbiosi mutualistica tra alghe azzurre e funghi
4. COMMENSALISMO:
una specie trae vantaggio mangiando i resti di cibo dell’altra specie, l’altra è indifferente, non trae né
vantaggio, né svantaggio.
Es. i gabbiani con gli avanzi del nostro cibo e lo sciacallaggio (sciacalli, iene , avvoltoi), che mangiano i resti di
carcasse. Il pesce pilota e gli squali
L’Edera. E le orchidee nelle foreste tropicali, che vivono sopra alle piante (inquilinismo).
5. PARASSITISMO
Si verifica quando un organismo che vive a stretto contatto con un altro, crea ad esso fastidio o addirittura ne
provoca morte.
Nel parassitismo sono sempre presenti
un PARASSITA: sempre avvantaggiato perché assorbe
dall’ospite tutte le sostanze di cui ha bisogno
un OSPITE: sempre svantaggiato.
Esistono due tipi di parassiti:
Ectoparassiti: vivono all’esterno dell’ospite (pidocchi, sanguisuga, pulci, zecche, afidi)
Endoparassiti: vivono all’interno dell’ospite (verme solitario, punteruolo rosso, virus)
