Ecologia applicata

 

 

 

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Ecologia applicata

ECOLOGIA

L'ecologia (dal greco oikos che vuol dire casa o ambiente) è la disciplina che studia la biosfera, ossia la porzione della Terra in cui è presente la vita e le cui caratteristiche sono determinate dall'interazione degli organismi tra loro e con i fattori abiotici (elementi ambientali indispensabili alla vita come la luce stessa, la composizione chimica dell’atmosfera, le condizioni climatiche, l’umidità, i composti inorganici e organici presenti nel terreno ) .

Unità ecologiche

• POPOLAZIONE: è l’unità ecologica più piccola che può evolvere, l’ecologia non prende infatti in considerazione il singolo individuo.
• COMUNITÀ: insieme di popolazioni.
• ECOSISTEMA: è una comunità in relazione ad un ambiente specifico, ogni comunità è infatti caratterizzata dalla necessità di particolari fattori abiotici.
• BIOMA: insieme di ecosistemi
• BIOSFERA: è il livello più ampio a cui si può considerare la vita, è l’insieme di biomi.

Lo studio dell’ecologia si concentra sulle relazioni tra fauna, flora e clima in un determinato ecosistema.

Dinamica delle popolazioni

È uno studio che definisce il numero di individui di una data specie che tendono ad abitare un determinato ambiente ( è una tecnica usata anche in socio-economia ). Viene considerato come e in quale numero animali o vegetali riescono a stabilizzarsi in un dato ambiente ( lo studio và condotto in base alla vita media dell’individuo ).
Vengono impiegati dei MODELLI DI CRESCITA che determinano quanti esseri si svilupperanno nel tempo a partire da una coppia di individui. Sull’asse delle ordinate c’è il numero di indivisui, su quello delle ascisse il tempo:

La curva S ( o curva logistica, in rosso sul grafico ) tende ad essere tangente ad una linea k che rappresenta la capacità portante di quel sistema per quanto riguarda quegli individui.
La curva J ( o curva esponenziale, in blu sul grafico ) rappresenta invece lo sviluppo di una popolazione che si riproduce ed ha un aumento degli individui esponenziale; al variare delle condizioni ambientali lo sviluppo smette.
La dinamica delle popolazione si serve anche del TASSO DI ACCRESCIMENTO ( r ) che indica l’accrescimento o la diminuzione del numero di individui di una popolazione ed è dato da:
r = tasso di natalità (% annua) - tasso di mortalità (% annua).
Spesso viene chiamato tasso intrinseco in quanto non è in relazione con fattori ambientali.

Strategie di accrescimento

Gli individui si accrescono secondo 2 strategie:

• STRATEGIA K ( prudente ), caratteristiche di popolazioni che vivono in ecosistemi stabili, il numero di individui è limitato da fattori estrinseci. È tipica di animali di taglia grossa, descritti da una curva di tipo s.
• STRATEGIA R ( opportunistica ), è tipica di specie che approfittano di determinate condizioni ambientali, favorevoli ma passeggere. Hanno una riproduttività esponenziale, descritta dalla curva j.

Gli animali k hanno grandi dimensioni, una vita lunga, pochi figli e molte cure parentali.
Gli animali r hanno vita breve, molti figli portati da un’ unica gravidanza e non hanno cure parentali.
Vengono chiamate strategie di accrescimento perché il fine ultimo degli animali è trasmettere il più possibile il proprio corredo genetico ai figli (sia con molte cure parentali, sia con un elevato numero di figli).
Esistono curve che caratterizzano la mortalità degli individui in relazione all’età (vedi libro pg 147);
la mortalità è influenzata da cure parentali, probabilità di essere predati e condizione ambientale.

Per costruire modelli demografici vengo utilizzati dei grafici che descrivono le curve delle età in una popolazione. Sono composti da COORTE, fasce di popolazione la cui età varia di 5 anni in 5 anni.

Incremento demografico

Il primo incremento demografico avvenne nell’8° millennio A.C. dovuto ad un cambiamento fisiologico di abitudini: con la Rivoluzione Agricola la vita diventa sedentaria, cambia l’alimentazione, le donne si sviluppano prima e i periodi di svezzamento si accorciano. L’andamento demografico si stabilizza. Nel ‘600 notiamo un calo dell’incremento a causa della peste bubbonica, seguito poi da una forte ripresa, che arriva fino ai giorni nostri. L’ultimo secolo è caratterizzato da un forte incremento della popolazione portato dal miglioramento delle condizioni igieniche, dalla scoperta del vaccino, e alla crescente industria.

Previsioni per il futuro: ci sono teorie che dicono che la capacità massima della Terra sarà di 10 miliardi, a discapito però delle qualità media di vita. Il problema più grave sarà la gestione dell’energia ( industrializzazione di paesi poveri come l’India).

Interazione biotica
Regola in condizioni naturali l’andamento di una popolazione. Due esempi sono il modello preda-predatore e l’escluzione competitiva, dove vi è l’eliminazione di una specie a discapito di un’altra.

 

 

 

Biodiversità

Ci dice quante specie animali e vegetali vivono in quell’ambiente. Va intesa in tre modi diversi:

• B. NUMERICA: numero preciso di specie.
• B. DI DISTRIBUZIONE: molte specie sono mescolate nello stesso ambiente, la biodiversità è molto grande.
• B. GENETICA: maggiore è la diversità genica nella popolazione di individui di una determinata specie che vive in una determinata area, maggiore è la fitness evolutiva.

All’interno di una biodiversità ci possono essere dei DOMINANTI ECOLOGICI, ovvero una specie che si trova con più frequenza rispetto alle altre; nella maggior parte dei casi sono piante ad alto fusto (es. barriera corallina à D.E. animale).
Esitarono poi specie chiamate SPECIE CHIAVE DI VOLTA: sono quasi sempre dei predatori e la loro presenta garantisce una maggiore biodiversità e la loro scomparsa produce significativi cambiamenti nella comunità.
Alcune specie chiave di volta sono predatori terminali, ossia specie che predano altre senza essere a loro volta predate da nessuno. Ne sono un esempio le stelle marine Pisaster che vivono nelle zone del basso fondale della costa pacifica; furono condotti degli esperimenti in merito e togliendo la stella marina dalla comunità le specie passarono da 15 ad 8.
Non sempre le specie chiave di volta sono al vertice della catena alimentare e non tutte le comunità ne sono dotate.

 

Relazioni interspecifiche tra specie diverse

Gli organismi di una comunità possono interagire tra loro in molti modi.
Distinguiamo innanzi tutto:

• relazioni intraspecifiche (tra organismi della stessa specie, come ad esempio due abeti in competizione per lo spazio e per la luce)
• relazioni interspecifiche (tra organismi appartenenti a specie diverse, come ad esempio una zanzara che succhia il sangue di un mammifero)

Hanno diversi nomi, a seconda che le specie ricevano dal rapporto
-vantaggio (+)
-svantaggio (-)
-non vengano per niente influenzate (0)

Mutualismo+/+    In questo tipo d'interazione le specie coinvolte traggono reciproco vantaggio; l'associazione può essere più o meno stretta, fino a diventare obbligata se le specie non possono più sopravvivere autonomamente.
Pesci pulitori che tolgono i parassiti dai cetacei.
Api che impollinano un fiore (oppure le acacie).
Licheni.
Granchi e lombrichi di sabbia che gli puliscono il guscio.
Predazione +/-   Simile al parassitismo, in queste due relazioni c'è una specie che tra vantaggio e l'altra invece viene danneggiata, la differenza è che il predatore è grande, il parassita è piccolo.
Uccello rapace che mangia un topo.
Balena che mangia il plancton.
Parassitismo +/-   Il parassita usa l’ospite come casa, come incubatrice, a differenza della predazione non ha quindi interesse nell’ucciderlo.
Tenia (verme solitario) nell'intestino umano.
Zecca che succhia il sangue ad un cane.
Malaria, infezione da protesta che lascia in vita l’ospite anche per molto tempo (la malaria si riproduce nell’organismo umano).
Competizione -/-   La competizione interspecifica si ha quando due popolazione si "contendono" la stessa risorsa, ad esempio lo spazio, il cibo, la luce…… Naturalmente, la competizione può esistere anche tra individui della stessa specie. Generalmente la competizione si verifica tra specie che hanno esigenze e modi di vivere simili, quindi, in altre parole nicchie ecologiche e quindi habitat simili; essa può portare:
-alla convivenza delle due specie, se le loro rispettive nicchie sono sufficientemente diverse o anche se proprio come conseguenza della "convivenza" le popolazioni le diversificano, per quanto possibile.
-all'esclusione di una delle due popolazioni, nel caso in cui le nicchie ecologiche e quindi le esigenze siano uguali.
Uccelli appartenenti a due specie diverse che si cibano degli stessi insetti.
Commensalismo +/0    Nel commensalismo una delle due popolazioni riceve vantaggio, mentre l'altra non viene influenzata.
Alga+lichene (lichene avvantaggiato).
Animali necrofogi (avvoltoi, sciacalli).

Esclusione competitiva
La competizione è influenzata da:

• habitat, caratteristiche tipicamente fisiche di un luogo in cui abitano animali e piante (es. foresta equatoriale), solitamente  equivale ad un ecosistema
• nicchia, adattamento da parte di un animale o pianta ad un dato luogo

la competizione può essere:
-intraspecifica
-interspecifica
Per competizione intraspecifica si intende la competizione tra individui della medesima specie. Le risorse oggetto di tale competizione possono essere lo spazio, il substrato, il cibo, la luce, il partner riproduttivo o molti altri fattori.
Questa competizione può facilmente instaurarsi quando un essere vivente trova un substrato o un ambiente estremamente idoneo al suo sviluppo e alla sua proliferazione, senza che vi siano turbe esterne (ambientali) o predatori a disturbarlo.
I modi con cui si verifica la competizione interspecifica (cioè tra specie diverse) sono gli stessi della competizione intraspecifica, ma la differenza fondamentale è che la competizione non si ha tra individui che posseggono più o meno le stesse caratteristiche, bensì tra individui che, essendo di specie diverse, hanno differenti caratteristiche di riproduzione, di sopravvivenza e di assunzione delle risorse necessarie per la loro vita.
Sono stati fatti 2 studi sulla comp. Interspecifica:

1. sul paramecio: la crescita di queste popolazioni di protozoi Paramecium aurelia e P. caudatum fu osservata sia quando ciascuna specie fu posta a vivere da sola sia quando entrambe furono poste a vivere nel medesimo mezzo nutritivo.

Se le due specie sono separate (primo grafico) entrambe si riproducono con successo; se vengono messe insieme prevale aurelia che ha un tasso di riproduzione più elevato.

 

2. su 2 tipi di lenticchie d’acqua:  la Lemma Gibba, che si riproduce più piano, e la Lemma

Poliryza, che si riproduce più velocemente. In questo caso ad estinguersi è la Lemma Poliryza perché la Gibba ha sacche aeree che la fanno salire e scendere a diversi livelli in acqua permettendole si rubare la luce alle altre lenticchie.

A regolare l’esclusione contribuiscono quindi la velocità di riproduzione e l’utilizzo delle risorse.

 

A volte le specie coesistono in seguito ad una parziale esclusione competitiva: è il caso dei Balani, crostacei provvisti di un nicchio di forma subconica, saldamente attaccato ad un substrato solido. Il guscio è a forma di cono e vive fissato agli scogli marini, alle conchiglie di molluschi, sul legname degli scafi.
Vi sono tipicamente 2 specie di balanidi che occupano le scogliere marine: gli Chthamalus che vivono sulla parte alta, e i Semibalanus che vivono sulla parte bassa della scogliera. Se togliamo i S. noteremo una graduale espansione degli C., al contrario, togliendo C. non vedremo alcun espansione dei S.
Questo accade perschè S. senza acqua si disidrata e muore. Viene quindi fatta una distinzione tra 2 tipi di nicchie:

• La nicchia fondamentale è la nicchia massima teorica occupata da una popolazione in condizioni ideali, cioè in assenza di competizione e con risorse non limitanti.
• La nicchia realizzata è invece quella realmente occupata da una popolazione e la cui ampiezza è minore a causa della competizione interspecifica.

Modello delle biogeografia delle isole e successione delle specie

Dopo aver studiato le relazioni inter/intraspecie, gli ecologi hanno elaborato un principio:
“il numero di specie animali in un ecosistema rimane costante nel tempo anche se le specie cambiano”
Per studiare quante specie possono vivere in un ecosistema, quest’ultimo deve essere isolato.
Nel 1960 Milson e MacArthur studiarono le popolazioni di insetti su alcune isole della Florida molto piccole non popolate da altre specie animali. Con un telo di nylon coprirono l’isola e gasarono gli insetti provocandone la morte; studiarono quindi il ripopolamento dell’isola. Videro che il numero di specie raggiunto era uguale al precedente, si tornava ad un equilibrio.
 Il numero delle specie è quindi frutto di un equilibrio dinamico. Nuove specie arrivano, vecchie specie scompaiono, la composizione della fauna e della flora è in continua mutazione ma il numero di specie presenti in ogni dato istante rimane stabile. Il numero di specie all’incirca raddoppia al decuplicarsi dell’area ( effetto area). 

Andamento del tasso di immigrazione di alcune specie e del tasso di estinzione di specie già presenti in un’ipotetica sola isola.

 

Per calcolare il numero massimo di specie che possono popolare un dato territorio bisogna sapere quali sono le condizioni ambientali ottimali per tale sviluppo. L’IPOTESI della PERTURBAZIONE INTERMEDIA dice che: se in un ecosistema si verifica con una periodicità né troppo breve, né troppo lunga un cataclisma (incendi, eruzioni…), il numero di specie presenti in tale ecosistema sarà il più alto possibile.
Es: studio sul microsistema dei sassi di battigia.

• Sassi piccoli → cataclisma frequente: i sassi vengono rivoltati dal mare molto spesso → poco tempo perché si riescano a formare molte specie di alghe sulla loro superficie
• Sassi grandi → cataclisma quasi assente: l’acqua non riesce a ribaltare i sassi → si forma un maggior numero di specie e il tempo è abbastanza lungo per far sì che avvenga l’esclusione competitiva
• Sassi di medie dimensioni → cataclisma che si verifica in un tempo intermedio ai precedenti: i sassi vengono ribaltati solo da forti mareggiate → formazione del maggior numero di specie possibili, le alghe non hanno il tempo di attuare l’esclusione competitiva

Per i vegetali è invece diverso, non vale il modello della biogeografia delle isole; si succedono nel tempo sia specie diverse sia il dominante ecologico.
Le successioni vegetali si dividono in:

• Successione primaria: si colonizza un’area dove non c’è vita (per es. dove c’è un deserto o dove c’è stata una colata di lava)
• Successione secondaria: si genera su un’area che ospita già vita vegetale ma che ha subito uno stravolgimento (area disboscata o coltivata che poi viene lasciata a sé stessa)

La comunità stabile che si sviluppa al termine di una successione viene detta comunità CLIMAX.

Nella successione primaria compaiono in ordine:
licheni e batteri → disgregazione rocce e decomposizione organica → briofite → piante erbacee → piante arbustive (non ad alto fusto) → piante ad alto fusto.
Uno dei migliori esempi di successione primaria avvenne 200 anni fa in Alaska con il lento ritiro dei ghiacciai si susseguirono:
roccia nuda → specie pioniere: muschi e pri me piante erbacee →  tappeto di dryas (rosa erbacea) e salicacee → ontani abeti → foresta mista → stagni e acquitrini   (vedi figura pg 161)
Dalla foresta si passò agli stagni perchè cominciarono a crescere muschi che assorbivano l’acqua ed a causa della loro presenza il terreno prese ad impregnarsi di umidità . Gli abeti, le cui radici non riuscivano più ad assorbire l’ossigeno di cui avevano bisogno, morirono.

Distinguiamo tre tipi di estinzione:

• Per inibizione: la specie precedente cerca di non farsi rubare il posto da altre piante
• Per tolleranza: due o più specie convivono, alla fine una prende il sopravvento
• Per favoreggiamento: le specie prima preparano il terreno a quelle dopo

 

Flusso energetico in un ecosistema fluviale

L’energia che alimenta i sistemi biologici è quella solare, essa viene assorbita per fini metabolici (fotosintesi) solo per il 2-3% e parte di questa viene dissipata in calore: viene chiamata produttività primaria lorda.
Di questo 2-3%, il 50-80% diventa tessuto vegetale 20-50% è impiegato per il mantenimento vitale della pianta.

Piramidi ecologiche

Le piramidi ecologiche (in figura ne è rappresentato un esempio) descrivono la struttura trofica di un ecosistema, cioè la posizione delle specie nella catena alimentare ossia il loro livello alimentare. Per livello alimentare o trofico si intende il livello di utilizzazione che dipende da una comune fonte di energia. Abbiamo così: il livello dei produttori, il livello dei consumatori primari, il livello dei consumatori secondari, il livello dei saprobi o saprofiti.

 

Le piramidi si dividono in:

• piramide dei numeri: dice quanti animali o vegetali abbiamo in un dato ecosistema
• piramide trofica: ogni livello della piramide rappresenta il livello a cui si nutre un dato organismo, gli onnivori si nutrono su più di un livello trofico

 

Piramide trofica

 

 

 

 

Fonte: http://firemusic.altervista.org/appunti/bio/03-ecologia.doc

Sito web da visitare: http://firemusic.altervista.org

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

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