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ECOLOGIA
Il termine ecologia fu coniato originariamente nel 1866 da Ernst Heinrich Häckel, per indicare quella parte della fisiologia che si occupa delle funzioni di relazione degli organismi con l’ambiente circostante e tra di loro. --- oikos – abitazione; logos - studio
Il sistema vivente è caratterizzato da estrema complessità in quanto i fenomeni si svolgono livello molecolare, cellulare, di tessuto, organismo, popolazione o comunità. (livelli/scale di indagine)
NATURA
medioevo: ambiente naturale era il “selvatico” da conquistare e valorizzare con il lavoro umano.
rinascimento: la natura acquista forme geometriche definite da un uomo razionale e dominatore.
romanticismo: la natura è idealizzata e riproposta in termini pittorici
oggi: scienza , la natura è conosciuta come sistema di realizzazioni costruttive ed essenziale ambiente di vita
Abbiamo così per la prima volta sufficienti elementi concreti per progettare la natura, cioè tecniche precise per tutelare e definire assetti controllabili dell’ambiente di vita.
Definizioni di paesaggio data da alcuni fra i più autorevoli studiosi di questa disciplina:
A queste definizioni è comune il fatto che il paesaggio viene concepito non solamente come la somma di un fatto fisico e vegetazionale, ma sempre in funzione di un osservatore. Dunque l’uomo è sempre parte del paesaggio. In altri termini, una determinata forma del substrato (ad esempio una rupe), oppure della vegetazione (un bosco) hanno una propria esistenza autonoma, mentre il paesaggio che essi possono costituire esiste solamente in quanto l’uomo ne ha la percezione.
Farina (2001): configurazione spaziale di patches di dimensioni rilevanti per il fenomeno considerato o per l’organismo selezionato. Di fatto, il paesaggio è una entità geografica che esiste solo nel momento in cui possiamo intercettarlo con i nostri sensi.
…“una porzione del mondo reale”, entro il quale siamo interessati a descrivere e interpretare processi e patterns.
Spesso analizzando una porzione di mondo reale ci troviamo nella condizione di dover decifrare comportamenti, effetti e dinamiche di più attori contemporaneamente. Il quadro che ne esce fuori e quanto mai complesso ed estremamente soggettivo.
la nozione del paesaggio è intuitiva, come risultante di un particolare ambiente fisico più o meno diversificato, sul quale si adatta la vegetazione ed eventualmente anche una moderata presenza umana.
per comporre un paesaggio sembrano necessari sia elementi di naturalità dia ampie dimensioni, e l’uomo con i suoi manufatti può ben inserirsi in queste realtà, sempre ché la presenza dell’uomo non diventi del tutto preponderante, nel qual caso il paesaggio progressivamente svanisce.
Ecologia del paesaggio: per avvicinarsi al paradigma del paesaggio deve privilegiare le relazioni spaziali ed i loro effetti sui sistemi ambientali.
ECOSISTEMA:
Tansley 1935: “l’insieme delle interazioni di animali, piante ed ambiente fisico in uno spazio definito, includendo il flusso di energia, di carbonio e di nutrienti”.
il paesaggio non è semplicemente un collage di un sistema di ecosistemi, non possono definire una dimensione geografica.
paesaggio: descrive la dimensione geografica
ecosistema: descrive la dimensione funzionale, che si manifesta nel paesaggio in modo percepibile.
ECOLOGIA DELL’ORGANISMO
Definizioni
Biocenosi:
comunità di vita
“la totalità delle piante, animali, funghi, batteri e virus in un luogo definito”
Biotopo:
bio: grec. vita, topos. luogo.
“la totalità dei fattori abiotici come clima, suolo, aria e acqua in un luogo, nel quale esiste la biocenosi. Biocenosi e biotopo formano l’ecosistema.”
Ecosistema:
“l’insieme delle interazioni di animali, piante ed ambiente fisico in uno spazio definito, includendo il flusso di energia, di carbonio e di nutrienti (Tansley 1935)”.
“La vita dei vegetali: inquadrata nella rete di relazioni che legano sia all’ambiente esterno (luce, calore, acqua, sostanze nutrienti ecc.) sia agli altri viventi (rapporti mutualistici, pascolo, demolizione della sostanza organica ecc.). Si tratta di una rete di fattori, più o meno indipendenti fra loro oppure interagenti, il cui complesso costituisce l’ecosistema.” (Pignatti)
Abbondanza e distribuzione di una specie:
I seguenti fattori influenzano l’abbondanza e distribuzione di una specie:
Competizione e adattamento : Corrispondenza tra gli organismi e il loro ambiente.
Due organismi, i quali hanno bisogno della stessa identica risorsa si fanno competizione per questa risorsa.
La competizione diventa più grande con il grado di congruenza, quanto hanno bisogno della stessa risorsa.
La competizione diventa massima, se le esigenze ecologiche dei due organismi sono in tutti gli aspetti identici.
La competizione massima c’è tra gli individui della stessa specie: competizione intraspecifica.
Una estrema competizione intraspecifica è il motore dell’evoluzione come l’ha descritto Darwin già 100 fa. Essa spinge una selezione forte ed in continuazione a favore dei genotipi più adatti, mentre quelli meno adatti vengono persi: Survival of the fittest
Le specie hanno due modi per evitare la competizione attraverso la selezione:
Le nuove manifestazioni dell’adattamento vengono stabilite in modo genetico, quando avviene una separazione dalla popolazione d’origine (mancanza di scambio genetico). Il processo della separazione sessuale si chiama creazione delle specie. La creazione delle specie è quindi un processo di adattamento, il quale porta dei vantaggi di selezione, facendo possibile una specializzazione e minimizzando la competizione.
Il processo di adattamento e il vantaggio acquisito è, dall’altra parte, un peso che l’organismo deve pagare con uno sviluppo rallentato, tempi più lunghi per lo sviluppo, mobilità limitata o resistenza diminuita ai cambiamenti (specie specialiste – rari e vulnerabili).
Una volta manifestata il nuovo genotipo, l’evoluzione continua verso l’ottimizzazione dell’adattamento, e, in questo senso, verso la diminuzione del prezzo pagato.
Condizioni ecologiche e adattamento
Una condizione è un fattore ambientale abiotico che varia nello spazio e nel tempo e a cui gli organismi rispondono in modo differenziale. A differenza delle risorse, le condizioni non vengono consumate né vengono esaurite da un organismo o rese indisponibili per gli altri organismi. Per una data specie possiamo definire una concentrazione ottimale o un livello ottimale di una condizione in corrispondenza del quale questa specie offre migliori prestazioni, mentre la sua attività biologica viene meno a livelli inferiori e superiori.
Condizioni ecologiche:
Salinità e pressione osmotica
La barriera più forte che esista è quella della salinità marina. Solo pochissime specie possono vivere sia nell’ambito del acqua salata sia in quello dell’acqua dolce (vedi grafico). Non esiste un gradiente lineare tra la salinità e la reazione degli organismi. Il grafico mostra pochi cambiamenti nella diversità con forti cambiamenti della salinità (tra 25 e 15 p.m.), mentre nell’ambito di ca. 8 p.m. e al cambio tra acqua dolce e acqua salmastra c’è una forte reazione.
Esempi di organismi che si sono adatti a ambiti di elevata salinità:
Temperatura
I fattori che incidono sull’abbondanza e distribuzione delle specie sono
I Biomi: Il termine Bioma sta ad indicare ciascuno dei principali tipi di comunità d’organismi che popolano la terra. Questi sono definiti in base alla vegetazione e ognuno e caratterizzato da particolari adattamenti dei propri organismi ad un determinato clima. I biomi sono determinati dalle condizioni climatiche.
La temperatura dell’organismo
La temperatura incide su tutti i processi (bio)chimici : un aumento della temperatura di 10 gradi accelera una reazione chimica per il fattore 2 – 4. (regola di Vant’Hoff)
Con gli oscillazioni della temperatura nell’arco di un giorno, gli organismi hanno dovuto sviluppare dei meccanismi per poter compensare o risolvere questa dipendenza immediata.
Secondo la strategia sviluppata, si distingue tra gli animali a sangue caldo, o omeotermi, – e quelli eterotermi / ectotermi.
Organismi ectotermi (microrganismi, animali eterotermi e piante) sembrano soggetti della temperatura del loro ambiente. Tanti organismi ectotermi hanno sviluppato dei meccanismi di regolazione, però, nonostante questo, non si è mai sviluppata una vera compensazione della temperatura, tutti gli organismi ektotermi sono ancora dipendenti dalla temperatura esterna.
Un adattamento a temperature basse e quindi l’assenza di competizione è in ogni caso “comprato” con uno sviluppo prolungato. Il pesce antartico Trematomus, per esempio, vive a una temperatura costante di - 1,6 gradi. Ha bisogno di ca. 10 anni per raggiungere la dimensione una piccola trota.
Tanti animali hanno trovato un modo per abbassare o aumentare la temperatura. Per gli animali non è così tanto la temperatura dell’ambiente, ma quella del corpo, che incide alla velocità di sviluppo. Gli enzimi del corpo funzionano in modo ottimale con temperature tra i 20° e 35°.
Esempi di adattamenti alla temperatura:
Le api aumentano la temperatura del proprio corpo e dell’arnia a ca. 35 gradi attraverso la muscolatura e il movimento delle ali. Questa strategia permette agli insetti di conquistare persino ambiti polari.
Tanti ectotermi usano l’esposizione al sole o cercano attivamente l’ombra: lucertole, farfalle, serpenti, formiche. Così rimangono adatti al arco delle condizioni durante l’anno.
Gli ectotermi hanno sviluppato anche dei meccanismi di abbassare la temperature, se essa sale oltre 35 gradi:
la traspirazione. Condizione: disposizione di acqua in abbondanza.
Omotermi: sono organismi che hanno portato il loro metabolismo a un livello alto, con un consumo alto di energia e una perdita alta di calore. Il meccanismo per evitare o minimizzare la perdita di energia consiste soprattutto nell’isolamento e la coibentazione. Attraverso il cambiamento della capacità di isolamento del corpo, la temperatura di esso può essere tenuto tra i 35 e 42 gradi costantemente. Tramite un isolamento perfezionato non consumano più energia che gli animali tropici.
Gli animali sono indipendente dalla temperatura del loro ambiente, e così possono essere attivi in ambienti con bassa temperatura e possono colonizzare ambiti che sono fuori limiti per gli animali ectotermi (tundra, poli). Il prezzo da pagare è un elevato consumo di energia e il fabbisogno alimentare.
Altri tipi di adattamento alla temperatura
Incendio:
Fuoco incide in modo naturale su tanti ecosistemi. Autoincendio e fulmini sono le cause principali (naturali).
Indagini hanno mostrato, che prima delle attività umani (positive o negative) furono ca. 2 incendi per secolo nella taiga nordeuropea e canadese e di Alaska, più spesso nelle steppe e savane e nel mediterraneo.
In genere, i taxa Pinus, Quercus e tutti Ericacea sono adatti al fuoco. Ci sono incendi regolari nei loro habitat naturali e mostrano un forte adattamento a queste condizioni.
Le querce hanno sviluppato una corteggia spessa che garantisce la sopravvivenza in caso di incendio senza grandi problemi. I semi di Pinus e di Calluna germogliano meglio dopo essere esposti al calore di un fuoco. Le pigne dei pini liberanno i semi solo se vengono esposti a temperature di ca. 70 – 80 gradi. La germinazione avviene in un ambiente senza competizione. I germogli di Pino e Calluna sono molto suscettibili alla competizione.
Esistono dei licheni, che crescono solo sulle cenere di legna e sono strettamente legati a fenomeni di incendio. Un certo tipo di coleottero cerca attivamente la legna calda per la deposizione delle uova e ha sviluppato dei sensori infrarossi per trovare posti dove c’è appena stato un incendio.
La brughiera di calluna si rigenera subito dopo un incendio, e costituisce per tanti insetti ed animali (lepri) una fonte migliore di nutrizione che la vecchia brughiera. In Scozia si usa questo fenomeno per bruciare le brughiere regolarmente, per favorire una popolazione più forte di fagiani di monte.
Altre piante sono molto sensibile al fuoco: La Picea e la maggioranza degli alberi caducifoglie come Fagus e Tilia. Incendi naturali non si trovano in questo tipo di bosco.
Il fuoco incide così sulla composizione delle foreste. Nell’ambito della taiga esiste un mosaico di Picea e Pinus. Senza degli incendi regolari ci sarebbero solo foreste di picea, i quali vengono danneggiati dagli incendi.
Ecologia genetica:
concetti generali, genetica, popolazioni, diploidità, deriva genetica, effetto fondatore, mutazione, pool genetico
La popolazione è costituita da individui della stessa specie che stanno in scambio genetico tra di loro.
Tutti organismi generano più discendenti che normalmente basterebbe a tenere la popolazione costante. Si ottiene una crescita esponenziale, che coprirebbe tutta la terra dopo alcuni generazioni. Sono quindi necessari processi di regolazione.
Una influenza della popolazione attraverso la mortalità ha un vantaggio importante: Tramite la selezione continua dei genotipi più adatti possono essere controllati e migliorati gli adattamenti degli individui senza interruzione.
Variabilità genetica
La variabilità genetica è dovuta a fenomeni di
Con il trucco della diploidità, le gli organismi possono fare la prova delle mutazioni recessivi, che vengono portati come “peso genetico” attraverso tanti generazioni, finché non vengono o eliminati o accettato per tutta la popolazione.
Gli organismi una popolazione appartengono a un pool genetico comune, però naturalmente non tutti individui hanno a disposizione tutta l’informazione genetica, che è stata accumulata.
In popolazioni grandi avvengono spostamenti delle frequenze dei geni attraverso la selezione. Cambiano le condizioni ecologiche, vengono selezionati gli individui più adatti che portano un vantaggio per la popolazione, che prima mostravano un “maladattamento”. Questi individui con la loro informazione genetica “fuori norma” costituiscono un serbatoio, e quindi una garanzia per la sopravvivenza a lungo respiro. Così è garantito un adattamento genetico alle condizioni che cambiano, un fenomeno importante soprattutto per individui con una lunga vita (alberi) non si possono affidare alla probabilità di una mutazione favorevole. La popolazione riesce anche con condizioni periodici ad avere un tasso alto di riproduzione e riesce a reagire senza il bisogno di una singola mutazione.
Variazione di frequenze alleliche – Deriva genetica
Le proprietà di una popolazione ideale di grandi dimensioni, per cui le frequenze geniche e genotipiche rimangono stabili da una generazione all’altra, non valgono per popolazioni finite, specialmente se di dimensioni ridotte;
In una piccola popolazione le frequenze geniche sono soggette a fluttuazioni casuali dovute al campionamento dei gameti.
I gameti portatori dei geni che costituiranno la nuova popolazione contengono geni che rappresentano un campione della popolazione parentale, e se il campione non è grande, le frequenze geniche variano da una generazione all’altra. Questo rappresenta un processo dispersivo, quantificabile, ma con direzione casuale.
La deriva è una combinazione casuale di geni, che non porta un vantaggio, che può continuare casualmente per generazioni e così causare un cambiamento diretto attraverso alcuni generazioni.
Con il fenomeno della deriva genetica in piccole popolazioni non è mai garantito che questa popolazione non crollasse all’improvviso e diventasse estinta. Attraverso la deriva possono venir perse le informazioni necessarie per la sopravvivenza. In una grande popolazione, quella perdita è quasi impossibile.
La diploidità e la differenza genetica tra gli individui di una popolazione sono diversi, questo fatto ha una grande implicazione per la colonizzazione di un nuovo habitat, per esempio di un isola. La colonizzazione avviene normalmente con solo pochi individui. Così, la popolazione nuova che si sta sviluppando ha a disposizione solo una parte degli informazioni della popolazione originale: Effetto “fondazione” con forte tendenza alla creazione di nuove razze.
Teoria della biogeografia isolare
McArthur e Wilson 1963
Lo studio della distribuzione e della dinamica delle specie sulle isole :
con le isole che gli ecologi chiamano patches / isole terrestri, cioè frammenti ed ambienti separati da aree continue attraverso un medium ostile o comunque differente .
Si possono sperimentare gli effetti di almeno tre importanti parametri:
Le implicazioni per la prassi della tutela ambientale sono
Su un isola, immigrazione ed estinzione stanno in relazione alla dimensione e lontananza. Con l’aumento delle specie su di un’isola aumenterà anche la competizione tra le specie e così si assisterà ad un aumento progressivo delle probabilità di estinzione, cioè alcune specie non saranno più in grado di sopportare la competizione con altre specie.
Ruolo delle isole “stepping stones” : anche isole piccolissime possono dare un contributo significativo alla dispersione degli organismi.
Frammentazione
La frammentazione è un processo legato prevalentemente all’azione dell’uomo e può essere definito come il meccanismo attraverso il quale una copertura omogenea (foreste, praterie) viene divisa in più parti separate e/o rimossa.
La frammentazione porta alla formazione di patches tra di loro isolate e quindi alla trasformazione della matrice da favorevole a ostile.
Gli effetti della frammentazione possono essere così riassunti:
Diversi tipi di frammentazione degli habitat
A: ampio ambito naturale interrotto da una barriera interna
B: sistema di piccole unità vicine ad un ampio ambito naturale
C: ecosistema lineare frammentato in tratti separati
D: sistema di ambiti naturali a "cunei e isole"
E: sistema di ambiti naturali relativamente ampi e vicini
F: sistema di numerosi ambiti naturali piccoli e relativamente vicini
G: sistema di ambiti naturali piccoli e reciprocamente distanti
Effetto margine:
Le specie che richiedono vaste aree omogenee non disturbate sono le prime a subire gli effetti negativi della frammentazione. La frammentazione crea patches che possono essere molto minore in dimensione che la home range minima di una specie.
Nelle aree tropicali, la maggior parte degli organismi non è in grado di attraversare pochi metri di terreno scoperto tale è il estremo adattamento delle specie alla vita all’interno delle foreste.
Sistema source, sink
Popolazione source: il numero di nati è sempre maggiore al numero di morti.
Popolazione sink: il numero di nati è sempre minore al numero di morti.
Il surplus di una popolazione source si disperde in ambienti occupati da popolazioni sink
La presenza di un sistema source-sink è legata alla mancanza di adattamento delle specie verso l’eterogeneità ambientale. La specie in questo caso si limita a competere per gli ambiti con maggiori risorse.
Il meccanismo di basso adattamento consente il persistere di genotipi con bassa fitness (adattamento imperfetto stabile)
Teoria della metapopolazione
Metapopolazione: Insieme di tante Sub-Popolazioni tra loro connesse attraverso processi di estinzione / ricolonizzazione. Secondo questo modello ogni sub-popolazione ha le stesse probabilità di estinguersi nel tempo e quindi una specie ha probabilità di sopravvivere solo a livello di metapopolazione.
Quando gli ambienti adatti ad una specie si presentano frammentati e/o di ridotte dimensioni i problemi di mantenimento di una popolazione appaiono subito fuori dal concetto di popolazione.
Oggi: molto importante, con la frammentazione crescente degli habitat le specie si trovano a vivere sempre più in ambiti geograficamente stretti ed isolati.
La teoria degli ecosistemi:
Il processo della creazione delle specie è in generale più intenso e più forte in aree favorevoli. Il numero delle specie nel mare tropico o della giungla tropicale dovrebbe essere più alto di quello in aree con condizioni non costanti o limitanti.
In aree favorevoli incidono competizione inter- e intraspecifica come fattore ecologico più importante , in aree al limite dei processi biologici sono più importanti i fattori abiotici.
Gli organismi si sono adatti sempre meglio ai loro habitat durante l’evoluzione.
Nel ecosistema possiamo partire dal presupposto che gli organismi che vivono nell’ecosistema si sono evoluto insieme, (co-evoluzione). Questa coevoluzione va in direzione dell’ottimizzazione del ecosistema. Si sta muovendo in quella direzione, non vuol dire che l’ottimo è stato aggiunto.
Gli ecosistemi della terra hanno età diverse. Il più antico ancora esistente sono la barriera corallina tropicale e la foresta pluviale tropicale. Entrambi hanno come caratteristiche una alta costanza, un alto numero di specie attraverso
Sistemi più giovani contengono meno specie.
Possiamo dire, che l’evoluzione attraverso l’ottimizzazione portava da sistemi con poche specie, in quali ci sono dei forti cambiamenti quali-quantitativi, a sistemi con oscillazioni relativamente bassi dei suoi componenti.
Un altro tipo di ottimizzazione: completa utilizzazione di tutte le risorse: tutte le sostanze nutritive sono legate nel ciclo nei organismi stessi. Una distruzione di un tale sistema porta al danneggio irreversibile. Questo tipo di ecosistema non è evoluto al fine di supportare un impatto.
In sistemi più giovani una tale utilizzazione non è ancora raggiunto. Loro possono reagire e rigenerarsi.
Tanti ecosistemi si sono sviluppati insieme con l’uomo. Esp. in Europa, dove l’impatto dell’uomo sui ecosistemi e il loro sviluppo è cominciato subito dopo l’ultima era glaciale. L’uomo è una parte integrale degli ecosistemi, e i componenti si sono coevoluti.
Pertanto ecosistemi culturali che esistono da tanto tempo vengono esaminati nello stesso modo come i cosiddetti ecosistemi naturali.
Nota bene: adattamento dell’organismo all’ambiente. come condizione sine qua non.
In ecosistemi relativamente giovani, questo adattamento fisiologico può sovrapporsi a tutti gli altri fattori. Per esempio: il mare dell’est ha la sua forma e la sua salinità attuale da relativamente poco tempo: da ca. 2500 anni. Prima era un bacino con acqua dolce e una fauna e flora adatta. L’acqua salmastra di oggi potevano colonizzare solo poche specie adatte con meccanismi di osmoregolazione. Questo unico fattore ecologico ha determinato la fauna attuale del mare dell’est.
Sistemi ecologici non sono congiunti come sono gli organismi. Ciascun sistema ecologico è unico e come esso non ripetibile. I processi sono diversi da un sistema al prossimo.
Fonte: http://www.pozzz.altervista.org/Documenti/Dispensa_ecologia_1b.doc
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Autore del testo: non indicato nel documento di origine
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"Ciò che sappiamo è una goccia, ciò che ignoriamo un oceano!" Isaac Newton. Essendo impossibile tenere a mente l'enorme quantità di informazioni, l'importante è sapere dove ritrovare l'informazione quando questa serve. U. Eco
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