PROGRAMMA ECOLOGIA:
Cos’è l’ecologia.
Di quali livelli organizzativi si occupa.
Individui, popolazioni, comunità, ecosistemi, binomi.
Fattori ambientali abiotici e biotici, intervalli di tolleranza, fattori e risorse.
Definizione di habitat e nicchia ecologica.
ECOSISTEMA: concetto e definizione, componenti.
Flusso di energia e struttura trofica.
Livello dei produttori: produzione e produttività primaria lorda e netta, metodi per mirare la PP
Livelli di consumatori: interazione consumatori risorse, decompositori, predatori, parassiti.
Catene trofiche
Ecosistema con sistema cibernetico: resistenza e resilienza.
Riciclo dei materiali: ciclo biochimico, ciclo di tipo gassoso, ciclo di tipo sedimentario, pool di scambio e di
riserva.
Cicli: acqua, carbonio, azoto, zolfo, fosforo, rigenerazione delle sostanze nutritive negli habitat terrestri.
ECOLOGIA
I termini ECOLOGIA e AMBIENTALISMO non hanno lo stesso significato, anche se nel linguaggio comune
tendono ad avere la stessa connotazione.
Ecologia: disciplina atta a descrivere il mondo naturale osservandolo a un livello di scala più ampio (non
limitato a certi aspetti) e nello spiegare che cosa esso sia e non come dovrebbe essere. Parte della biologia che
spiega inoltre le interazioni tra uomo e ambiente naturale intese come l’insieme dei fattori chimici, fisici e
biologici che influiscono tra di loro e con gli organismi.
L'ECOLOGO: spiega le interazioni presenti nel mondo naturale. Informazioni utili per prendere decisioni
riguardo l'ambiente. Esso lavora sia a stretto contatto con l'ambiente, sia studiando modelli matematici creati
per l'ambiente.
L'uomo è un animale, ma a differenza delle altre specie è dotato di cultura; ciò implica una maggiore
responsabilità e consapevolezza delle azioni che vuole o deve fare. L'uomo deve essere in grado di prendere
decisioni riguardo l'ambiente e di calcolare le conseguenze che le sue azioni possono avere. Le operazioniazioni attuali influiscono sul benessere e sulla vivibilità di un mondo futuro.
L'ideale sarebbe sviluppare dei piano di SVILUPPO SOSTENIBILE in modo da avere un AMBIENTE
SOSTENIBILE, quindi un ambiente non nocivo per l'umanità che rimane inalterato nel tempo, noi oggi
paghiamo le conseguenze di azioni passate. Allo stesso modo i nostri discendenti pagheranno per le nostre
scelte.
Il concetto di AMBIENTE è centrale nel pensiero ecologico. Ogni livello dell'organizzazione biologica ha un
suo ambiente. L'ECOLOGIA TEORICA si occupa principalmente dell'ambiente dell'individuo, delle
popolazioni, degli ecosistemi, dei biomi e dell'atmosfera.
HABITAT: spazio caratterizzato da una certa uniformità di fattori fisici, chimici e biotici dove l'organismo vive
in equilibrio con essi.
AUTOECOLOGIA: rapporto tra individuo e ambiente
NICCHIA ECOLOGICA: combinazione di condizioni fisiche, chimiche e relazioni biotiche tra loro interagenti
nell'ambito delle quali una specie utilizza certi tipi di materia energetica, viene predata da altre specie e realizza
il proprio adattamento (Es. il gufo è notturno).
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L'ambiente può essere considerato un sistema con componenti fisse e fattori che continuano a cambiare.
Analizzandolo si studiano le componenti fisiche, chimiche e biologiche e i fattori (le variabili ambientali).
L'interazione tra componenti e fattori ambientali crea il sistema ambientale. Quindi l'ambiente diventa un
sistema ambientale in cui interagiscono componenti e fattori e dove vivono individui, popolazioni e comunità.
COMUNITA': insieme di individui di specie diversa.
POPOLAZIONE: insieme di individui della stessa specie
RAPPORTO TRA SISTEMA AMBIENTALE E ORGANISMI VIVENTI:
Sistema di condizioni fisiche, chimiche e biotiche nel quale si trova a vivere un individuo, una popolazione o
una comunità.
Sistema di condizioni che esso può percepire e che influenzano direttamente lo sviluppo, il metabolismo, la
regolazione e l'attività nel quale avviene l'adattamento con minore o maggiore successo.
OMEOSTASI: equilibrio ottenuto dall’organismo, autoregolazione naturale.
PATOLOGIA AMBIENTALE: fa in modo che l’ecosistema non si alteri operando dei cambiamenti drastici e
selezione. E’ nociva per l’uomo, non per l’ambiente che è sempre in equilibrio.
Quando è nata l'ecologia?
Termine coniato nel 1866 da Ernest Haeckel, serve a indicare quella parte di fisiologia che si occupa delle
funzioni di relazione degli organismi con l'ambiente circostante e tra di loro. Nella definizione, voleva
divulgare il concetto di “Economia della natura” esaminata da Darwin, per il quale la natura è ben regolata in
tutte le sue componenti. Questa organizzazione è dovuta alla selezione o lotta per l’esistenza.
Economia della natura: tutta la natura si presenta come un sistema ordinato, ben regolato da interazioni.
Fa riferimento a diverse problematiche:
L'ecologia è disciplina scientifica che riguarda lo studio del COME, attraverso popolazioni di produttori, di
consumatori e decompositori collegati in catene e reti alimentari, l'energia entra negli ecosistemi, fluisce e si
disperde; le sostanze nutrienti circolano, si accumulano e si trasformano; i processi omeostatici e chimici
evolvono e interagiscono divenendo sempre più complessi.
PARADIGMA DELL'ECOLOGIA (Hawley)
L’adattamento procede attraverso la formazione di interdipendenze tra i membri di una comunità.
Il sistema si sviluppa in continuo sino al massimo delle sue dimensioni e della complessità attraverso le
tecnologie e le comunicazioni.
Lo sviluppo è riassumibile nella acquisizione di nuove informazioni sull’ ecosistema, che ne aumenta le
capacità di sfruttamento dell'energia per far girare la materia nel miglior modo possibile (sistema
“scatola nera”).
INPUT
=>
Energia solare
Materiale ed organismi
altro (Terra)
SISTEMA
=>
OUTPUT
=
ECOSISTEMA
Trasformazione energia e materia
Perdita di calore
AZIONE STOCASTICA : ad una azione corrisponde una conseguenza differenziata, poi una reazione ed
un'altra ancora (AMPLIFICAZIONE).
Nonostante esistano più punti di vista, l'ecologia resta sempre la stessa cosa.
Gli ecologi si qualificano a seconda del modo che hanno di vedere il mondo:
ecologia di PASSAGGIO
ecologia di ECOSISTEMI
ecologia FISIOLOGICA
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ecologia COMPORTAMENTALE
ecologia di POPOLAZIONI
ecologia di COMUNITA'
L'ecosistema comprende:
una parte non vivente (abiotico o fisiotopo)
una parte vivente (biocenosi)
devono essere sempre presenti
E' “qualcosa” di dinamico perché viene modificato dagli organismi che ci vivono. Le componenti
dell’ecosistema interagiscono ed evolvono formando un sistema ecologico.
CATENA TROFICA (ALIMENTARE): attraverso questa catena la parte biotica viene in contatto con la
abiotica.
All’interno di un ecosistema possiamo trovare:
1. Produttori: autotrofi, riescono a trarre energia dal sole (es. Piante => Fotosintesi clorofilliana)
2. Consumatori:
Primari: prima predazione (Erbivori)
Carnivori: mangiano gli erbivori
Onnivori: mangiano i carnivori e gli erbivori (es. Uomo)
3. Decompositori: sono i microbi che si cibano dei resti dei consumatori e dei produttori, quindi
riorganizzano la materia. La BIOMASSA MICROBICA riduce la materia e libera
energia. Abbiamo quindi materiale abiotico subito assorbito dai produttori per
costruire la propria biomassa con l’energia che proviene dal sole.
Passando da livello a livello, viene persa energia sottoforma di calore, escrezioni e CO2.
Livello trofico Regimi alimentari Livelli di consumo
4°
Onnivori
III
3°
Carnivori
II
2°
Erbivori
I
1°
Produttori autotrofi
3
Fattori abiotici
P
E
C
O
Decompositori biocenosi
COEVOLUZIONE: le specie nella comunità evolvono insieme tenendo conto l’una dell’altra in modo da avere
un mutuo vantaggio.
SPECIE CHIAVE: anche se non sono particolarmente numerose, alla loro assenza corrisponderebbe il crollo
della comunità
Comunità FRAGILE: molto specializzata e basata sui campi vitali
Comunità ROBUSTA: resistenza ai vincoli ambientali
EFFICIENZA ECOLOGICA: espressione dell’efficacia con cuo i mo. di un livello sfruttano le loro riserve di
cibo per convertirle in biomassa.
Ogni livello trofico ha una biomassa inferiore a quella che lo precede (livello di energia, non di specie)
CICLI DEI MATERIALI
La terra è un sistema chiuso e in equilibrio: N, C, H, O sono gli elementi essenziali per la vita.
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ORGANIZZAZIONE
DELL’ECOSISTEMA
Struttura
Componenti
Biotiche
Abiotiche
Fattori
Risorse
Condizioni
Funzionamento
Adattamento biologico della parte biotica
Catene trofiche
Piramide delle biomasse
Ciclo biogeochimico
Evoluzione
Successione ecologica
Livelli di complessità
LIVELLI DI COMPLESSITA’
In un ecosistema ci sono due grandi interazioni tra Biocenosi (BIOSFERA) e Abiocenosi (LITOSFERA,
ATMOSFERA e IDROSFERA)
BIOSFERA
LITOSFERA
IDROSFERA
ATMOSFERA
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Il termine ECOSISTEMA è più un’astrazione, un’entità astratta. E’ un CONCETTO FUNZIONALE più che
geometrico/topografico; è difficile definire “fisicamente” un ecosistema.
Esistono ecosistemi che hanno caratteristiche simili (es. Fiume, stagno, ecc...)
L’ecosistema può essere considerato come l’unità di base del funzionamento della natura, come una cellula
all’interno di un organismo.
E’ caratterizzato da: STRUTTURA-FUNZIONAMENTO-VICENDA TEMPORALE.
ECOTONE/ECOTONO:
ECOSISTEMA (ecotopo):
prato
stagno
ECOSISTEMA (ecotopo):
lago
BIOTOPO
(parte biotica)
FISIOTOPO
(parte abiotica)
Ogni ecosistema è suddiviso in subsistemi, questi interagiscono tra di loro e la parte in comune è detta ecotone.
Di solito l’ECOTONE è molto ricco di BIOCENOSI, perché tutte le specie che sopravvivono nei due distinti
ecosistemi hanno più possibilità di sopravvivere dato che gli ecotoni sono molto ricchi di nutrienti, che
derivano da entrambi gli ecosistemi (es. Il delta del fiume ha una parte fluviale ed una marina).
BIOCENOSI: la comunità è una biocenosi con popolazioni ben definite a svolgere una specifica funzione
ecologica.
ARTUR TANSLEY 1935: l’ecosistema è l’idea di progressione verso un equilibrio che comunque non sarà mai
completamente ottenibile, ma verso la cui approssimazione ci si avvicina ogni qualvolta i fattori in gioco si
mantengono costanti e stabili per un periodo di tempo sufficientemente lungo (basandosi sulla lunghezza di vita
dell’organismo preso in considerazione!). Per noi, un ecosistema esiste quando supera più volte la nostra
lunghezza di vita.
Geni => cellula => organi => organismi => popolazioni => comunità => ecosistemi => ecoregioni => biomi.
PUNTI DI VISTA SUL CONCETTODI ECOSISTEMA
1) L’ecosistema è un livello gerarchico distinto e importante dell’organizzazione della vita sul nostro
pianeta.
2) L’ecosistema è notevolmente stabile e resistente (si oppone ai cambiamenti, quindi se modificato si
spezza),ma queste sue qualità sono legate in larga parte alla natura e alle interazioni delle specie che
compongono la popolazione. La resistenza è data quindi dalla parte biotica dell’ecosistema. Perciò più
un sistema è complesso, più è resiliente (può subire modificazioni ma non si rompe; velocità con cui una
comunità è in grado di tornare all’equilibrio).
3) Gli studi dell’ecosistema tendono ad essere descrittivi.
4) L’ecologia è una scienza giovane.
Stabilità locale: capacità di tornare all’equilibrio dopo una piccola perturbazione
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Stabilità globale: capacità di tornare all’equilibrio dopo una grande perturbazione
In definitiva l’ecosistema è formato da:
-una parte BIOTICA: produttori, consumatori, decompositori.
-una parte ABIOTICA.
STRUTTURA DEGLI ECOSISTEMI
COMPONENTI:costituiscono la parte fissa degli ecosistemi, possono essere biotici o abiotici.
FATTORI: variano, hanno la proprietà di cambiare:
F. fisici (es. Clima)
F. chimici (es. Concentrazione molecole)
F. alimentari
F. biotici (es. Relazioni presenti tra gli organismi)
Qualità di fattori ambientali:
o RISORSE: disponibilità di un fattore ambientale biologico o abiologico che può essere
quantitativamente consumato dall’attività di un organismo.
N.B. tutte le cose consumate da un organismo costituiscono per esso risorse. Risorse, non
condizioni, perché rappresentano quantità che possono essere ridotte dall’attività
dell’organismo.
Le risorse degli organismi viventi sono principalmente le sostanze di cui sono fatti i loro
corpi, l’energia che interviene nelle loro attività e i luoghi dove vivono.
Le risorse che un organismo consuma vanno a influenzare la vita degli altri organismi.
o CONDIZIONI: presenza di un fattore biologico e/o abiologico che qualitativamente variando
nello spazio e/o nel tempo comporta una risposta differenziata di adattamento da parte
dell’organismo. Es. la luce è una componente ma diventa una condizione quando nel variare porta
un cambiamento negli organismi.
N.B. la condizione è il fattore ambientale abiotico che varia nello spazio e nel tempo e a
cui gli organismi rispondono in modo differenziale.
Le condizioni sono diverse dalle risorse, perché non vengono consumate né esaurite da
un organismo.
Le condizioni ottimali dovrebbero essere quelle in cui gli individui della specie in
questione lasciano il massimo numero di discendenti. Misuriamo l’effetto delle
condizioni su qualche proprietà particolare prescelta, come la velocità di accrescimento,
la riproduzione, la frequenza di respirazione e la sopravvivenza.
ECOLOGIA FISIOLOGICA: studio delle funzioni dell’organismo nell’ambiente. Studia le limitazioni
abiotiche che influiscono nell’organismo (es. Temperatura). Mette in evidenza i cambiamenti fisiologici
dell’organismo quando cambiano i fattori ambientali.
Il più forte è quello con maggiore successo riproduzione. L’organismo si mantiene in vita solo grazie
all’uniformità del mezzo interno che resta tale nonostante le variazioni esterne (resistente).A sopravvivere è
l’organismo con mutazioni tali che permette di adattarsi (resiliente).
Per ripristinare le condizioni di un ecosistema ci vuole lo stesso tempo che c’è voluto per generarlo.
Meccanismi di adattamento:
1. Modificazioni fenotipiche (es. Concentrazione melanina)
2. Modificazione gene nelle popolazioni
3. Modificazioni che avvengono nella struttura della comunità durante la successione ecologica
I meccanismi di regolazione per l’equilibrio sono presenti per l’individuo e per la popolazione, ma non sono gli
stessi. Individuo è l’unità di base dell’adattamento, popolazione è l’unità di evoluzione.
Caratteristiche di una popolazione:
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MODELLO DI ACCRESCIMENTO: la crescita della popolazione è esponenziale, il modello di accrescimento
è dato dal tempo e dalla modalità di crescita.
DENSITA’: è il numero di individui presenti in un certo spazio (es. m2).
TASSO DI ACCRESCIMENTO: ci permette di fare una prospettiva della natalità.
INTRASPECIFICI (una specie)
INTERSPECIFICI (più specie)
I rapporti possono essere
Le relazioni intraspecifiche sono i fattori psicologici e l’organizzazione sociale. Permettono di capire la
territorialità (consente di mantenere la popolazione con un tot di individui per risorse in quel territorio) e la
gerarchia. Ad esempio i carnivori, per tenere sotto controllo la popolazione, hanno un maschio dominante.
Specie K:
Specie in equilibrio
Solitamente mammiferi
Scarso tasso di accrescimento
metaequilibrio
Specie R:
Si riproducono appena i fattori ambientali favoriscono la nascita
Solitamente sono insetti
Elevato tasso di accrescimento
I fattori limitanti di solito sono quelli fisici
Non accudiscono la prole
K
Elefante / Uomo
R
Uccello
In tutta la vita ha la stessa probabilità
di morire
Mosche
TRANSIONE DEMOGRAFICA: passare da una strategia K a una meno K
SIMBIOSI:
Competizione: entrambi gli organismi vengono danneggiati ( - - )
Predazione e parassitismo: solo uno dei due organismi trae vantaggio ( + - )
Mutualismo: entrambi traggono vantaggio ( + + )
Commensalismo: un organismo trae vantaggio, l’altro rimane neutro ( + 0 )
Il predatore distrugge la sua preda, il parassita no.
ENDOPARASSITA: mo. che provocano malattie
ECOPARASSITA: agisce esternamente
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Esistono tante specie diverse perché ognuna ha il suo modo di disperdere energia, per questo è importante la
biodiversità.
BIODIVERSITA’: tendenza di stabilità in una comunità.
1. Diversità di specie => in una data area (deve essere anche distribuita, 2° forma di biodiversità)
2. Diversità geografica o di distribuzione =>
3. Diversità genetica => la specie in grado di adattarsi
Per raggiungere la STABILITA’, l’ecosistema ha bisogno di simbiosi, reti alimentari e 3 tipi di biodiversità. In
questo modo raggiungeremmo un equilibrio METASTATICO o equilibrio DINAMICO (non statico!).
Un ecosistema con elevata biomassa non è detto che sia stabile, ci vuole un ecosistema con alta biodiversità.
BIOMI: grandi ecosistemi, stabili da lungo tempo (circa 100 anni).
Esempi di ecosistemi biomi: tundra (natura), talga (foresta), foreste temperate (noi), praterie (steppe), foreste
tropicali, deserti (freddi e caldi)
REGOLAZIONE ECOLOGICA: lungo il corso del tempo la comunità si fa più complessa, le nicchie si
rimpiccioliscono e le specie risultano maggiormente diversificate.
molta energia
Energia
poca energia
Ecosistema
Stabilità
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Mantenimento dell’ambiente interno
individuale
materia
temperatura
energia
limitazioni
sopravvivenza
accrescimento
riproduzione
adattamenti
Mantenimento dei bilanci nel tempo
omeostasi
LEGGE di LIEBIG o del MINIMO
Ogni organismo per sopravvivere e svilupparsi in un determinato ambiente deve poter disporre di quelle
sostanze che gli sono necessarie per accrescersi e riprodursi.
Le sostanze variano per specie e ambiente.
Se questi fattori sono presenti al limite diventano FATTORI LIMITANTI, l’equilibrio stazionario va verso il
punto critico di minimo.
L’organismo non sopravvive e il numero di individui della specie presa in considerazione diminuisce. L’anello
più debole di una catena ecologica è quello che determina la sopravvivenza dell’organismo. Se in un ciclo
ecologico modifico uno di questi fattori, portandolo sotto il minimo, salta l’intera catena. Bisogna mantenere
per quanto possibile la biodiversità perché le correlazioni tra individui di specie diverse sono tantissime e
tutt’ora non le conosciamo tutte.
LEGGE di SHELFORD o della TOLLERANZA
La presenza e il successo di un dato organismo in un dato ambiente dipendono dall’armonica presenza di un
certo complesso di condizioni. Le sostanze possono essere dannose se presenti in quantità troppo elevate
rispetto al necessario (luce, calore, acqua).
Gli organismi hanno un minimo o un massimo ecologico compresi in un intervallo che rappresenta un limite di
tolleranza.
Corollario alla LEGGE DI TOLLERANZA:
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Gli organismi possono presentare un ampio intervallo di tolleranza per un fattore, un intervallo ristretto
per un altro
Organismi con ampi livelli di tolleranza per tutti i fattori sono ovviamente quelli più largamente diffusi.
Questi organismi sono definiti SPECIE PIONIERE perché possono stare in tutti gli ambienti. Di solito
sono quelli semplici e non specializzati. Anche la specie umana è ubiquitaria, ma ciò è dovuto a fattori
CULTURALI (sviluppo tecnologico) più che a fattori BIOLOGICI.
Se per una data specie le condizioni di un singolo fattore biologico non sono quelle ottimali, i limiti di
tolleranza per altri fattori ecologici risultano più bassi.
Condizioni di esistenza intese come fattori regolatori sono: luce, temperatura, acqua, terra.
Gli organismi rispondono a questi fattori in modo che l’intera comunità acquisti la migliore omeostasi per
quelle condizioni. I fattori regolatori per ambienti marini sono: luce, temperatura, salinità, ossigeno (solo per
acque dolci).
ESTENSIONE DEL CONCETTO DI FATTORE LIMITANTE:
La presenza e il successo di un organismo o di un gruppo di organismi dà un complesso di condizioni. Se la
condizione si avvicina e/o supera il limite di tolleranza, si ha condizione e/o fattore limitante. Combinando il
concetto di minimo e quello di limite di tolleranza, si ottiene il concetto più generale e utile di fattore limitante.
La natura non da mai pasti gratis, tutto si paga…magari con anni di ritardo!
(G. Caravello)
DOMANDE:
Ecologia, ecotipo, ecotopo, biosfera, ciclo azoto, produttori – consumatori, catena trofica, nicchia ecologica,
biocenosi, specie K e R (guardare il libro pg 165 - 172), simbiosi, fattore limitante, produzione primaria e
secondaria.
Si ringraziano per gli appunti: Gazzetto Serena, Maffione Francesca, Turchet Simone e Zanella Shadea
TdP del 2° anno
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