Flussi di energia negli ecosistemi 2a...

Flussi di energia negli ecosistemi2a parte

Leonardo Beccarisi

Corso di EcologiaUniversita degli Studi di Roma Tre

18 novembre 20106a lezione

Sommario

1 Produttori primari nel mareIl fattore luceDisponibilita di carbonioDisponibilita di nutrienti

2 Produttori primari in habitat privi di luceComunita delle fumarole nere

3 ConsumatoriHome range e foraggiamentoTeoria metabolicaPerche l’efficienza ecologica dei consumatori e bassa?

4 Conclusioni

Produttori primari nel mareProduttori primari in habitat privi di luce

ConsumatoriConclusioni

Il fattore luceDisponibilita di carbonioDisponibilita di nutrienti

RicapitolandoProduttori primari terrestri

• Reti trofiche

• Piramide di energia

• Efficienza ecologica (efficienza di Lindeman)

• L’efficienza ecologica di un livello trofico e sempre inferiore aquella predicibile dalla 2a legge della termodinamica

• Il caso dei produttori primari

• Gli esseri viventi si oppongono al libero trasferimento dienergia da un livello trofico all’altro

• Luce, anidride carbonica, acqua e disponibilita di nutrienticondizionano la produttivita primaria

• A scala planetaria, temperatura e precipitazioni sono i fattoriambientali che condizionano maggiormente la produttivitaprimaria




L’estinzione della luce attraverso l’acqua

Zona epipelagica

La luce e rapidamente assorbita dall’acqua,e la sua energia e degradata in calore.La zona epipelagica e quello stratoilluminato di mare in cui e possibile lafotosintesi.

In acque pulite (oceani)

La luce rossa e assorbita entro i primi10-20 m di profondita; la luce blu siestingue completamente entro 140-200 mdi profondita.





In acque torbide (acque costiere)

Le acque costiere sono normalmentericche di sedimenti e di particellecolloidali sospese.In queste condizioni, la luce puoestinguersi entro poche decine dimetri di profondita.





Alga rossa

Alga bruna

Le alghe rosse e le alghebrune fanno fronte alproblemadell’assorbimentoluminoso attraverso deipigmenti accessori,annessi al sistemafotosintetico, i qualiassorbono alcunelunghezze d’onda che nonstimolano la clorofilla.




Disponibilita di carbonio

I vegetali marini sono capaci di utilizzare il carbonio dal sistema insoluzione bicarbonato-carbonato (principalmente dagli ionibicarbonato).

Equilibrio dei carbonati

Anidridecarbonica + Acqua

Acidocarbonico Bicarbonato Carbonato

In formula:

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO−3 H+ + CO2−

3

Il processo e controllato dalla concentrazione di CO2, dallaconcentrazione di altri ioni e dalla temperatura.




Disponibilita di nutrienti in mare aperto

La produttivita primaria in mare aperto e molto bassa a causa dellascarsa concentrazione di nutrienti nelle acque superficiali.




Correnti oceaniche




Disponibilita di nutrienti nelle zone di risalita

In rosso sono indicate le zone di risalita (upwelling)




Disponibilita di nutrienti nelle zone di risalita

Dove le correnti marine divergono si ha un effetto di risalita delleacque profonde in superficie (upwelling). In queste acque laconcentrazione di nutrienti e la produttivita primaria sono elevate.

Produttivita negli oceani



Comunita delle fumarole nere

Comunita delle fumarole nere (black smokers)

Estremofili Microrganismi chevivono in condizioni proibitiveper la maggior parte degliesseri viventi.

Termofili e ipertermofiliMicrorganismi che vivono atemperature prossime ai100◦C.



Comunita delle fumarole nere

Comunita delle fumarole nere (black smokers)

Microrganismi chemioautotrofi(metanobatteri, solfobatteri,idrogenobatteri) estremofilicostituiscono il livello deiproduttori delle comunita dellesorgenti idrotermiali sul fondodegli oceani.

Vermi tubicoli (Siboglinidae) dellefumarole nere



Home range e foraggiamentoTeoria metabolicaPerche l’efficienza ecologica dei consumatori e bassa?

Home range

Home range Area minima in grado di sostenere le richiesteenergetiche individuali.

Gli animali grandi hanno home range grandi.




Teoria del foraggiamento ottimale

RobertMacArthur

(1930-1972)

Prede grandi ad alto contenuto energetico, madifficili da catturare. Prede piccole a minorecontenuto energetico, ma piu semplici da catturare.

Considerando gli sforzi per la ricerca e la cattura della preda, ilconsumatore adotta la soluzione che conduce al maggioreguadagno energetico.




Teoria metabolica

Legge di Kleiber

Max Kleiber(1893-1976)

I trasferimenti energetici (tassometabolico) di un organismo aumentanocon l’aumentare della sua massa corporea:

Y = aX 0,75

dove Y e il tasso metabolico, a e unacostante e X e la massa corporea.

Dall’equazione precedente si deriva che itassi metabolici per unita di massadecrescono con la massa degli organismi:

Y

X= aX−0,25




Teoria metabolica

Legge del Q10

Ad ogni aumento di 10◦C della temperatura corporea si ha unraddoppiamento della velocita delle reazioni biologiche.

Teoria metabolica (MTE - Metabolic Theory of Ecology)

Le richieste metaboliche (riproduzione, attivita, crescita,riproduzione) degli organismi aumentano con l’aumentare delle lorodimensioni e della temperatura corporea.




Produttivita

Produttivita primaria L’energia fissata dalle piante verdi(produttori primari).

Produttivita secondaria L’energia che fluisce in ogni livello trofico,oltre quello dei produttori primari.

Produttivita lorda L’energia nella biomassa prodotta assieme aquella utilizzata per produrla.

Produttivita netta L’energia nella biomassa prodotta.

Produtticita lordan = Produttivita nettan + Respirazionen

dove n e il livello trofico.




Efficienza ecologica

Efficienza ecologica (efficienza di Lindeman)

Raymond Lindeman(1915-1942)

Il rapporto tra la produttivita lorda (λ) allivello trofico n e quella al livello n − 1nell’unita di tempo.Ad esempio, l’efficienza ecologica degli erbivori(Eh) e

Eh =λn(erbivori)

λn−1(piante)· 100

L’efficienza ecologica e generalmente bassa e varia da menodell’1% al livello trofico degli erbivori a poco piu del 10% ai livellipiu alti dei consumatori.La maggior parte dell’energia che entra in un livello trofico viene,quindi, degradata nel livello trofico stesso.




Perche l’efficienza ecologica dei consumatori e cosı bassa?

1 Perche le prede respirano

2 Perche le prede oppongono resistenza alla predazione

3 Perche solo una parte del cibo ingerito viene assimilata,mentre l’altra viene escreta con le feci

4 Perche una parte dell’energia viene eliminata come prodottodi rifiuto del metabolismo celluare (urine, ad esempio)




Efficienza di sfruttamento

Efficienza di sfruttamento =Energia ingerita

Produzione netta delle risorse· 100

Sistema Consumatori Efficienza di sfruttamento

Deserto Mammiferi erbivori 2% del soprassuolo totale5,5% della PPN1

86% della produzione disemi

Foresta decidua Insetti fitofagi 3-8% del fogliamePrateria Formiche 9-26% dei semi

1Produttivita primaria netta




Formiche granivore

Ingresso di un nido della formica granivora Messor structor




Efficienza di assimilazione

Efficienza di assimilazione =

√cibo assimilato

cibo ingerito· 100

L’efficienza di assimilazione

• nel caso di erbivori e detritivori e compresa tra 30-40%;

• nel caso dei carnivori e molto alta, ed arriva fino all’80%.




Efficienza di assorbimento e di produzione

Efficienza di assorbimento =tasso di assorbimento

tasso di assimilazione· 100

Efficienza di produzione =tasso di produzione

tasso di assorbimento· 100

I valori di efficienza di produzione dipendono in gran parte dai costirespiratori degli animali, dipendenti dalla mole e dalla temperaturacorporea (teoria metabolica).La principale differenza tra gli animali risiede nelle diverse strategiedi comportamento e nelle strategie per il mantenimentoantitermico; si distinguono gli animali “a sangue caldo”(omeotermi) dagli animali “a sangue freddo” (eterotermi).

Collegamenti con il libro di testo

Capitolo 6 pp. 149-157, 161-162

Siti web

Metabolismo e temperatura: la teoria metabolica in ecologia http://www.

ecologicacup.unisalento.it/CamClim_teoriametab.aspx

Fonti delle immagini Wikipedia (pp. 4, 9, 10, 12, 13, 14, 16); Ed Bierman (p. 6); Graca Gaspar (p. 6); AndreaCosta (p. 5); http://animalscience.ucdavis.edu/memorial/kleiber.htm (p. 17); University of Minnesota(p. 20).

Presentazione realizzata con il sistema Beamer 3.07.

http://www.ecologicacup.unisalento.it/CamClim_teoriametab.aspx

http://www.ecologicacup.unisalento.it/CamClim_teoriametab.aspx

http://animalscience.ucdavis.edu/memorial/kleiber.htm

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