ecologia - Dipartimento di Scienze Umane per la Formazione

ECOLOGIA:
la scienza dell’Antropocene
Storia delle idee ecologiche
Allen,
Hoestkra
Wilson
Soulé
Lester Browm
Lovelock
Ehrilch
May
Margulis
Forman,
Godron
Mac Arthur
Odum
Matematica del caos
Naveh
Whittaker
Carson
Lindeman
Microbiologia
Leopold
Hutchinson
Termodinamica
Volterra
Braun-Blanquet
Shelford
Fisica
matematica
Vernadskij
Tansley
Elton
Lotka
Du Rietz
Clements
Forel
Genetica
Muir
Gleason
Cowles
Haeckel
Möbius
Darwin,
Wallace
Liebig
Warming,
Shimper
von Humboldt
Thoreau
Geografia
Entomologia
APPROCCIO
CHIMICO FISICO
APPROCCIO
POPOLAZIONISTA
Malthus
APPROCCIO
ZOOLOGICO
Linneo
APPROCCIO
BOTANICO
APPROCCIO IDEALISTICO
DELLA WILDERNESS
White
STUDIOSI DELL’ANTICHITA’
Aristotele, Teofrasto, Plinio il Vecchio
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Storia delle idee ecologiche
Allen,
Hoestkra
Wilson
Soulé
Lester Browm
Lovelock
Ehrilch
May
Margulis
Forman,
Godron
Mac Arthur
Odum
Matematica del caos
Naveh
Whittaker
Carson
Lindeman
Microbiologia
Leopold
Hutchinson
Termodinamica
Volterra
Braun-Blanquet
Shelford
Fisica
matematica
Vernadskij
Tansley
Elton
Lotka
Du Rietz
Clements
Forel
Genetica
Gleason
Muir
Cowles
Haeckel
Möbius
Darwin,
Wallace
Liebig
Warming,
Shimper
von Humboldt
Thoreau
Geografia
Entomologia
APPROCCIO
CHIMICO FISICO
APPROCCIO
POPOLAZIONISTA
APPROCCIO
ZOOLOGICO
Malthus
APPROCCIO
BOTANICO
Linneo
APPROCCIO IDEALISTICO
DELLA WILDERNESS
White
STUDIOSI DELL’ANTICHITA’
Aristotele, Teofrasto, Plinio il Vecchio
Alba dell’ecologia:
XVIII° secolo
• Carl von Limné
• Thomas Malthus
• Gilbert White
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Wilson
Soulé
Lester Browm
Lovelock
Ehrilch
May
Margulis
Forman,
Godron
Mac Arthur
Odum
Matematica del caos
Naveh
Whittaker
Carson
Lindeman
Microbiologia
Leopold
Hutchinson
Termodinamica
Volterra
Braun-Blanquet
Shelford
Fisica
matematica
Vernadskij
Tansley
Elton
Lotka
Du Rietz
Clements
Forel
Genetica
Muir
Gleason
Cowles
Haeckel
Liebig
Möbius
Darwin,Wallace
Warming,
Shimper
Thoreau
von Humboldt
Geografia
Entomologia
APPROCCIO
CHIMICO FISICO
APPROCCIO
POPOLAZIONISTA
APPROCCIO
ZOOLOGICO
Malthus
APPROCCIO
BOTANICO
Linneo
APPROCCIO IDEALISTICO
DELLA WILDERNESS
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STUDIOSI DELL’ANTICHITA’
Aristotele, Teofrasto, Plinio il Vecchio
XIX° Secolo
• Von Humboldt
• Liebig
• Darwin - Wallace
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Allen,
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Wilson
Soulé
Lester Browm
Lovelock
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May
Margulis
Forman,
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Mac Arthur
Odum
Matematica del caos
Naveh
Whittaker
Carson
Lindeman
Microbiologia
Leopold
Hutchinson
Termodinamica
Volterra
Braun-Blanquet
Shelford
Fisica
matematica
Vernadskij
Tansley
Elton
Lotka
Du Rietz
Clements
Forel
Genetica
Muir
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Cowles
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Möbius
Darwin,
Wallace
Liebig
Warming,
Shimper
von Humboldt
Thoreau
Geografia
Entomologia
APPROCCIO
APPROCCIO
APPROCCIO
APPROCCIO
ZOOLOGICO
CHIMICO FISICO POPOLAZIONISTA e ZOOLOGICO BOTANICO
Malthus
Linneo
APPROCCIO
IDEALISTICO
DELLA WILDERNESS
White
STUDIOSI DELL’ANTICHITA’
Aristotele, Teofrasto, Plinio il Vecchio
4 approcci diversi
•
•
•
•
Botanico - geografico
Zoologico - popolazionista
Chimico - fisico
Etico - filosofico
4
Botanico-geografico
• Le esplorazioni dei nuovi mondi portano alla
scoperta di specie nuove, alla classificazione
degli esseri viventi, alle prime domande sui
fattori che determinano la distribuzione delle
piante e degli animali sulla terra.
Zoologico – popolazionista
• Lo studio delle popolazioni animali (uomo
compreso) e dei loro trend demografici
comincia ad avere sempre più
importanza.
5
Chimico – fisico
• L’importanza di ottimizzare le
produzioni agricole spinge a studiare i
meccanismi che regolano i cicli dei
nutrienti delle piante
Etico – filosofico
• Le repentine trasformazioni ambientali
determinate dalla rivoluzione industriale
in Europa e dalla “corsa verso la
frontiera” negli Stati Uniti provocano
una riflessione sul rapporto tra uomo e
natura.
• Filosofi della wilderness:
– Thoreau
– Muir
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Lester Browm
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Margulis
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Mac Arthur
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Matematica del caos
Naveh
Whittaker
Carson
Lindeman
Microbiologia
Leopold
Hutchinson
Termodinamica
Volterra
Braun-Blanquet
Shelford
Fisica
matematica
Vernadskij
Tansley
Elton
Lotka
Du Rietz
Clements
Forel
Genetica
Cowles
Haeckel
Möbius
Muir
Gleason
Warming
,
Thoreau
Shimper
Darwin,
Wallace
Liebig
von Humboldt
Geografia
Entomologia
APPROCCIO
CHIMICO FISICO
APPROCCIO
POPOLAZIONISTA
Malthus
APPROCCIO
ZOOLOGICO
Linneo
APPROCCIO
BOTANICO
APPROCCIO IDEALISTICO
DELLA WILDERNESS
White
STUDIOSI DELL’ANTICHITA’
Aristotele, Teofrasto, Plinio il Vecchio
Haekel, 1866 - Warming, 1895
• Hoekel conia la parola ecologia.
• Warming scrive un’opera in cui identifica gli scopi
dell’ecologia:
n trovare quali specie sono associate in habitat
similari;
o delineare la fisionomia della vegetazione e del
paesaggio;
p comprendere come mai ogni specie possiede una
forma e un habitat particolare;
q individuare le motivazioni per cui le specie si
raggruppano in comunità ben definite;
r analizzare le esigenze delle piante e le modalità
della loro esistenza nei confronti dell’ambiente.
7
Analisi delle comunità vegetali
• All’inizio del suo sviluppo l’ecologia si dedica a
cercare di capire le modalità con cui le piante si
dispongono nell’ambiente. A seconda dei diversi
luoghi studiati (il Nord America, la Scandinavia, le
Alpi ecc. ecc.) nascono scuole di pensiero diverse.
Concetto di comunità: due
interpretazioni
• Un semplice assemblaggio casuale, (Gleason
1926): “che le specie rispondono alle
sollecitazioni ambientali indipendentemente
l’una dall’altra”.
• Un superorganismo Clements (1916): “le
specie di una comunità sono strettamente
legate dal punto di vista della storia
evolutiva”.
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Storia delle idee ecologiche
Allen,
Hoestkra
Wilson
Soulé
Lester Browm
Lovelock
Ehrilch
May
Margulis
Forman,
Godron
Mac Arthur
Odum
Matematica del caos
Naveh
Whittaker
Carson
Lindeman
Microbiologia
Leopold
Hutchinson
Termodinamica
Volterra
Braun-Blanquet
Shelford
Fisica
matematica
Vernadskij
Tansley
Elton
Lotka
Du Rietz
Clements
Forel
Genetica
Muir
Gleason
Cowles
Haeckel
Möbius
Darwin,
Wallace
Liebig
Warming,
Shimper
von Humboldt
Thoreau
Geografia
Entomologia
APPROCCIO
CHIMICO FISICO
APPROCCIO
POPOLAZIONISTA
Malthus
APPROCCIO
ZOOLOGICO
APPROCCIO
BOTANICO
Linneo
APPROCCIO IDEALISTICO
DELLA WILDERNESS
White
STUDIOSI DELL’ANTICHITA’
Aristotele, Teofrasto, Plinio il Vecchio
Tansley e l’ecosistema
• Nel 1935 l’inglese Tansley conia una nuova parola,
ecosistema, con l’intenzione di porre fine alle
dispute tra la scuola di Clements e quella di
Gleason e alle loro interpretazioni estremistiche e
fideistiche.
9
Le parole che cambiarono l’ecologia
“But the more fundamental conception is, as it seems to
me, the whole system (in the sense of physics),
including not only the organism-complex, but also the
whole complex of physical factors forming what we call
the environment of the biome – the habitat factors in
the widest sense.
It is the system so formed which, from the point of
view of the ecologist, are the basic units of nature on
the face of the earth.
These ecosystems, as we may call them, are of the most
various kinds and sizes. They form one category of the
multitudinous physical systems of the universe, wich
range from the universe as a whole down to the atom.”
(Tansley, 1935)
I presupposti di Tansley
Il concetto di ecosistema identifica un sistema che:
1. è un elemento nella gerarchia dei sistemi fisici
(dall’universo all’atomo);
2. è l’unità di base nell’ecologia;
3. è composto sia da una componente biotica (il
complesso degli organismi) sia da una componente
abiotica (il complesso fisico-ambientale).
10
Il termine ecosistema tra le parole chiave e/o i titoli
delle riviste scientifiche dal 1957 al 2002.
1400
1200
800
600
400
200
2001
1999
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
1983
1981
1979
1977
1975
1973
1971
1969
1967
1965
1963
1961
1959
0
1957
n° articoli
1000
anno
Un fastidioso fraintendimento:
ecosistema / sistema ecologico
• Il concetto di ecosistema è stato spesso
confuso con quello di sistema ecologico
Ecosistema
“terra”
Ecosistema
“taiga”
Ecosistema
“stagno”
11
Dopo Tansley
L’impostazione di Tansley ha molto successo. In
particolare nell’analisi degli ecosistemi si tiene
conto:
• del ruolo trofico degli organismi;
• delle differenze di numeri e biomassa degli
organismi nelle loro categorie trofiche;
• dei flussi di energia tra i diversi livelli trofici.
Relazioni trofiche all’interno di un
ecosistema
Gli organismi che compongono un ecosistema possono essere
suddivisi in base al loro ruolo in:
• produttori: organismi autotrofi (i.e. piante);
• consumatori primari: si nutrono dei produttori (i.e. erbivori);
• consumatori secondari: si nutrono dei consumatori primari;
• consumatori terziari: si nutrono dei consumatori secondari;
• detritivori e decompositori: si nutrono della sostanza organica
morta e la decompongono in sostanza inorganica.
12
Relazioni trofiche all’interno di un
ecosistema
In base a questo è possibile identificare delle catene alimentari:
• di pascolo;
• di detrito.
Esse sono poi interrelate tra loro a formare una ben più
complessa “rete alimentare”.
Produtto
ri
Consumator
i primari
(erbivori)
Consumator
i secondari
(carnivori)
I loro resti sono utilizzati e decomposti
dai
Detritivori
decomposito
ri
13
14
15
Piramidi ecologiche
• La struttura trofica di un ecosistema può essere
descritta in termini di numeri, di biomassa e di
energia, in ognuno dei livelli trofici dell’ecosistema.
Piramidi di numeri
Consumatori terziari
Consumatori secondari
Consumatori primari
Produttori primari
16
Piramidi di biomassa
Pesci grandi (100 kg)
Pesci piccoli e medi (1000 kg)
Zooplancton (100.000 kg)
Gamberi (10.000 kg)
Fitoplancton (1.000.000 kg)
Energia dei
consumatori 3°
Energia dei
consumatori 2°
Energia dei
consumatori 1°
Energia dei
produttori
17
Produttività
• Produttività primaria lorda: velocità totale di fotosintesi,
compresa la materia organica utilizzata per la respirazione.
• Produttività primaria netta: velocità di immagazzinamento
della materia organica prodotta, al netto di quella utilizzata
per la respirazione, dalla pianta.
• Produttività
netta
della
comunità:
velocità
di
immagazzinamento della materia organica non utilizzata dagli
eterotrofi.
• Produttività secondaria: velocità di immagazinamento a livello
dei consumatori.
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Storia delle idee ecologiche
Allen,
Hoestkra
Wilson
Soulé
Lester Browm
Lovelock
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Margulis
Forman,
Godron
Mac Arthur
Odum
Matematica del caos
Naveh
Whittaker
Carson
Lindeman
Microbiologia
Leopold
Hutchinson
Termodinamica
Volterra
Braun-Blanquet
Shelford
Fisica
matematica
Vernadskij
Tansley
Elton
Lotka
Du Rietz
Clements
Forel
Genetica
Muir
Gleason
Cowles
Haeckel
Möbius
Darwin,
Wallace
Liebig
Warming,
Shimper
von Humboldt
Thoreau
Geografia
Entomologia
APPROCCIO
CHIMICO FISICO
APPROCCIO
POPOLAZIONISTA
Malthus
APPROCCIO
ZOOLOGICO
Linneo
APPROCCIO
BOTANICO
APPROCCIO IDEALISTICO
DELLA WILDERNESS
White
STUDIOSI DELL’ANTICHITA’
Aristotele, Teofrasto, Plinio il Vecchio
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Verso l’ecologia integrata
• Lovelock - Ipotesi Gaia
• Forman, Godron, Naveh - Ecologia del paesaggio
• May, Flannery - Sistematica completa delle specie
viventi
• Wilson, Soulé - Biologia della conservazione
• Costanza, de Leo, Daly - Economia ecologica
• Allen, Hoeskstra - Ecologia unita
• Gaston, Brown, Maurer - Macroecologia
“Il battito delle ali di una farfalla in Brasile
genera un ciclone a New York” (Lorenz, 1963)
LA TEORIA DEL CAOS
E LE SORPRESE AMBIENTALI
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N° di elementi coinvolti e
scala spazio-temporale
ECOLOGIA E SORPRESE AMBIENTALI
Sorpresa
Catastrofe
Prevedibile
Dinamica a
breve termine
Dinamica a
lungo termine
Sorprese ambientali
Come avvengono discontinutà e sinergismi
•Un sinergismo produce una discontinuità
(laghi del Canada)
•Una discontinuità produce un sinergismo
(pesticidi contro il moscerino della patata dolce in Sud
America)
•Feedback positivo che produce una discontinuità
(scioglimento della calotta artica)
•Effetto a cascata
(pressione di pesca al largo dell’Alaska)
21
Sorprese ambientali
•Discontinuità: improvviso cambiamento in un trend o in
una situazione di stabilità. La velocità della perturbazione
può sfuggire alla percezione umana, va rapportata alla scala
temporale del processo coinvolto. Es.: sovrasfruttamento
delle risorse ittiche.
•Sinergismo: cambiamento dovuto all’interazione di alcuni
fenomeni. L’effetto che ne deriva è molto più grande di
quanto ci si aspetterebbe dalla somma di ogni singolo
fenomeno. Es.: alluvione in Cina del fiume Yangtze.
•Trend:
tendenza
che
sfugge
alla
percezione
dell’osservatore. Es.: l’invasione di una specie alloctona.
Sinergismo produce discontinuità
Laghi del Canada
In Canada Orientale una lieve siccità a lungo termine ha ridotto
l’apporto di acqua ad alcuni laghi della regione. La debole
corrente degli affluenti ha provocato anche una diminuzione
dei detriti organici nei corpi lacuali, determinandone un
aumento della trasparenza. La maggior limpidezza dell’acqua,
concomitante con la distruzione dello strato di ozono, ha
consolidato il potere di penetrazione della radiazione
ultravioletta, al punto che se prima della perturbazione la
radiazione UV si diffondeva solo per i primi 20-30 cm
d’acqua ora scende a 1.50 m. Le piogge acide potrebbero
enfatizzare il problema fino a 3 m. di profondità. Le
radiazioni UV sono dannose per gli organismi acquatici.
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Discontinuità produce sinergismo
Pesticidi in SudAmerica
L’uso di pesticidi contro il moscerino della patata fu responsabile
di una enorme discontinuità: quando negli anni ‘80 si sviluppò
un ceppo resistente ai pesticidi, vi fu un’esplosione
demografica di questo dittero. In SudAmerica i ceppi
resistenti diventarono portatori di varie malattie di origine
virale delle piante, dando luogo a un sinergismo. La
combinazione moscerino-virus costrinse all’abbandono oltre
1.000.000 di ettari di terre agricole
Feed-back positivo
Calotta artica
Il riscaldamento globale sembra far ritirare i banchi di ghiaccio,
che oltre ad essere diminuiti del 5% in termine di superficie
rispetto al 1996 hanno anche uno spessore minore. Il ghiaccio
assorbe meno della metà della radiazione luminosa che lo
investe, mentre l’oceano aperto assorbe circa il 90%. Così
man mano che il ghiaccio diminuisce, gli oceani si scaldano più
velocemente, accelerando l’ulteriore scioglimento dei ghiacci.
Se la calotta ghiacciata continua a sciogliersi si profila una
grave discontinuità: un Mare Artico privo di ghiaccio (almeno
in larga parte) durante l’estate, con l’effetto di rendere più
rapido ancore il riscaldamento degli oceani.
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Effetto a cascata
Costa Alaska
Nelle acque al largo della costa dell’Alaska il declino della fauna
ittica (ad esempio l’aringa) esercita una pressione sulle
popolazioni dei predatori come il leone marino e la foca. Le
orche, che normalmente predano leoni marini e foche, hanno
dovuto ripiegare sulle lontre marine, portando al collasso le
loro popolazioni. La decimazione delle lontre ha provocato
l’esplosione delle popolazioni della loro preda preferita: i ricci
di mare. Questi, a loro volta hanno demolito i substrati
vegetali di cui si nutrono, mettendo a rischio un largo numero
di specie di invertebrati, pesci, uccelli e mammiferi marini.
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