ECOLOGIA

Thomas Fraling

Introduzione

• Studia le relazioni tra gli organismi e quelli che loro hanno con l’ambiente – Popolazione: insieme di organismi della stessa specie che vivono in un’area

– Comunità (biocenosi): insieme delle diverse popolazioni di tutti viventi

– Biotopo: parte non vivente della biocenosi

– Ecosistema (bioma): biotopo + biocenosi

– Biosfera: insieme di tutti i biomi della Terra • Superficie della crosta terrestre

• Parte bassa dell’atmosfera

• Oceani

• Aree nella delimitazione della biosfera (p.e. calotte polari)

• Fattori che caratterizzano gli ecosistemi:– Fattori abiotici (non dipendono dagli organismi viventi)

• Fattori edafici (porosità del suolo, viscosità dell’acqua, ecc.)

• Fattori climatici

– Fattori biotici (dipendono dagli organismi viventi)• Fattori alimentari (qualità e quantità delle risorse alimentari)

• Fattori sanitari (diffusione di malattie, parassiti, ecc.)

• Fattori sociali e comportamentali (vita sociale, densità, comportamento, ecc.)

Interazione nelle popolazioni

• Crescita della popolazione– = variazione del numero di individui in funzione del trascorrere del tempo (crescita

positiva, negativa o stazionaria)

– Potenziale riproduttivo: capacità di generare discendenti

– Tasso di mortalità e natalità

– Fattori limitanti (scarsità di cibo, ossigeno, luce, ecc.)

– Limiti di tolleranza inferiore e superiore, optimum dei valori

– Modello logistico (curva a S); fase 4: natalità = mortalità N° individui = capacità massima dell’ecosistema

– Boom and bust

– Circolo vizioso

• Densità e dispersione di una popolazione– Densità = numero di organismi per unità di superficie o di volume

• Regolata da:– Fattori biotici

» Interazioni intraspecifiche (stessa specie)

• Modalità riproduttive e rapporti genitori-prole

• Competizione intraspecifica

• Fattori di affollamento

» Interazioni interspecifiche

– Fattori abiotici

– Dispersione = distribuzione degli organismi all’interno di un certo spazio • Diversi casi:

– Dispersione casuale

– Dispersione aggregata

– Dispersione regolare

Interazione nelle popolazioni

• Struttura per età– Piramidi (istogrammi per età); coorte = gruppi di individui della stessa

età

– Inerzia demografica, ecc.

– Meccanismo umano, eccezione in natura non possono essere ridotti i fattori limitanti e la potenza dell’ambiente non può essere rialzata

• Conclusione– Ecosistema autonomo rimane costante

– Equilibrio biologico

– Variazioni troppo brusche estinzione

Interazione nelle popolazioni

Interazioni nelle comunità

• Competizione interspecifica – Esigenze simili competizione (massima per stessa specie)

– Esclusione competitiva di Gause

– Ripartizione delle risorse nicchia ecologica • Nicchia = tutte le informazioni su un organismo

• Lacuna = nicchia ecologica vuota

Selezione naturale

coesistenza pacifica

• Relazione preda – predatore – Predatore = organismo eterotrofo che si nutre dei composti organici della

sua preda

– Predazione: provoca variazioni cicliche nel numero di individui • Non per forza negativo: contribuisce all’eliminazione di individui vecchi

– Difese e offese • Predatori: ripidi, astuti, ecc; armi di offesa: artigli, denti, becchi degli uccelli, ecc.

• Preda: miglior difesa fuga

– Piante: svariati metodi di difesa (es. spine delle rose o cactus)

– Difese degli animali:• Difese strutturali

• Sostanze chimiche

• Strategie comportamentali (p.e. insetti si fingono morti)

• Occultamento o mimetismo

• Inganno (fingere di essere un animale più potente)

• Segnalazione (colori paurosi)

Interazioni nelle comunità

• Simbiosi – = associazione stretta e durevole tra organismi di specie diverse

– Micorizze (radici di una pianta – fungo)

– Licheni (fungo – alga verde o cianobatterio)

– Noduli radicali di una leguminosa (radici della leguminosa – batteri azoto fissatori)

– Associazione tra ruminanti e batteri

• Commensalismo– = relazione facoltativa dalla quale trae vantaggio solo una parte senza

che l’altra viene danneggiata o aiutata (e. avvoltoio)

• Parassitismo – = relazione nella quale uno trae vantaggio a scapito dell’altro

Interazioni nelle comunità

Interazioni negli ecosistemi

• Caratteristiche comuni: flussi di energia e cicli biogeochimici

• Relazione trofiche e livelli trofici – Autotrofi sono:

• Fotosintetici con datore di protoni (H+) l’acqua: H2O + CO2 C6H12O6 + O2

• Fotosintetici con altri datori di protoni (es. H2S): H2S + CO2 C6H12O6 + H2O + S

• Chemiosintetici: usano per la loro sintesi l’energia ricavata dalla scomposizione di sostanze semplici

– Eterotrofi = tutti gli animali, tutti i funghi e numerosi protisti e batteri

• Produttori (autotrofi)– = organismi che producono sostanze organiche

– Fonte di energia: luce solare (solo l’1 – 2 % di quella che ne arriva)

– Producono: 120.000.000.000 tonnellate di materia organica

– Produzione lorda = quantità di energia chimica fissata nella M.O.

– Produzione netta = produzione lorda meno consumo proprio

• Consumatori (eterotrofi)– Consumatori primari (org. erbivori che si nutrono diret. delle sost org.)

– Consumatori secondari (carnivori che si nutrono degli erbivori)

– Consumatori terziari (carnivori che si nutrono di carnivori)

• Decompositori – Batteri e funghi

– Trasformano la M.O. in sostanze più semplici o Sali minerali

– Forniscono le sostanze per i produttori

– ≠ detritivori (vermi, insetti, ecc.)

Interazioni negli ecosistemi

• Infine (importante)– Catena alimentare: trasferimento di sost. organiche (produttori

consumatori primari consumatori secondari …)• Nelle catene alimentari parte sempre solo una freccia da un individui e ne arriva

allo stesso modo solamente una

– Rete alimentare: intreccio di catene alimentari • Nelle reti alimentari arrivano più frecce a un individuo e ne arrivano tante

– Ogni anello rappresenta un livello trofico

– Solo il 10 % di energia passa da un livello trofico all’altro

– Piramidi • Dei numeri

• Della biomassa

• Di energia (sempre piramidale)

Interazioni negli ecosistemi

• Relazioni energetiche e i flussi di energia– Per ogni livello trofico è possibile distinguere

• L’energia messa a sua disposizione dal livello precedente

• L’energia che non viene utilizzata

• L’energia che dopo essere stata incamerata (assimilata) viene consumata per il metabolismo

• dell’organismo stesso (respirazione cellulare)

• L’energia che viene trasformata in nuova materia organica facendo aumentare la biomassa (crescita, riserve, …) e che è disponibile per il livello trofico seguente

– A causa della perdita di energia (trasformata in calore)

• Le catene alimentari sono piuttosto corte

• È più vantaggioso occupare il livello trofico minore

Interazioni negli ecosistemi

Ciclo dell’azoto

• Fissazione dell’azoto – Trasformazione dell’azoto atmosferico in composti azotati assimilabili

– Batteri azotofissatori (Azotobacter, Clostridium, ecc.)

– N2 + 3H2 2NH3

• Ammonificazione – Trasformazione dell’azoto presente nei composti azotati in ammoniaca

• Nitrificazione – Trasformazione di ammonio e ammoniaca in nitriti e nitrati (servono

alle piante per formare proteine)

• Denitrificazione – Processo inverso della nitrificazione (batteri denitrificanti)

Ciclo del carbonio

• Fonte del carbonio – Organismi terrestri: CO2 presente nell’atmosfera

– Organismi acquatici: ione bicarbonato

• Fissazione dell’anidride carbonica– Fotoautotrofi fissano l’anidride carbonica in composti organici

• Catene alimentari

– Respirazione degli organismi carbonio torna all’atm e agli oceani

– Decompositori: decompongono materia rilasciando nel suolo carbonio

• Rilascio di anidride carbonica – A lungo termine: attività vulcanica e disfacimento delle rocce sedimen.

– A corto termine: attività umane (combustione, deforestazione, ecc.)

Sostanze poco e non biodegradabili

• Sostanze che non vengono degradate e molto lentamente (non per intervento di microorganismi)

• Plastiche e vetro

• Accumulo nei tessuti concentrazione crescente lungo la catena alimentare