ECOLOGIA

(dal greco oikos=casa e logos=discorso, trattazione, studio)

Come conoscenza dell’ambiente naturale, l’ecologia ha sempre rivestito un ruolo fondamentale nella vita dell’uomo, sin dalle società primitive.
Le conquiste tecnologiche ci fanno sentire sempre meno dipendenti dall’ambiente naturale per le nostre necessità quotidiane ma l’energia, i materiali, i processi fondamentali di mantenimento della vita come i cicli dell’ acqua e dell’aria si basano, oggi come sempre, su equilibri degli ambienti naturali.

L ecologia, come tutte le scienze, ha conosciuto uno sviluppo graduale, anche se discontinuo.
Aristotele, Ippocrate, Plutarco sono solo alcuni tra i filosofi greci che si sono occupati di temi ecologici.
Il termine Ecologia è però, molto recente: il primo a proporlo, su basi scientifiche, è stato un biologo tedesco, Ernst Haeckel, nel 1869.
La prima drastica distinzione effettuata tra Ecologia Animale ed Ecologia Vegetale è stata superata negli anni, qrazie agli studi effettuati sulle comunità biologiche, sulle catene alimentari, sulle reti trofiche. Questi studi hanno contribuito a stabilire le basi teoriche dell’Ecologia Generale.
Prima degli anni 70 l’Ecoloqia era considerata una branca della Biologia. Oggi, nonostante le sue radici fondamentali siano ancora, ovviamente, da ricercarsi nella Biologia, l’Ecologia viene riconosciuta come una nuova disciplina, basata su processi chìmico-fisici, biologici, sociali.

Per noi l’Ecologia è lo studio delle relazioni che intercorrono tra gli organismi e il loro ambiente.
Le due branche in cui si suddivide l’Ecologia ne distinguono gli indirizzi:

1.        l’AUTOECOLOGIA: studia i rapporti fra l’individuo ed i fenomeni ambientali di tipo fisico energetico;

2.       SINECOLOGIA: si interessa degli aggregati degli individui nei loro rapporti con altre società di specie o popolazioni differenti, rappresentando essenzialmente la sociologia biologica.

FATTORI ECOLOGICI

Fattori edafici e pedologici.
Fattori climatici (temperatura, precipitazioni, venti, luce).
Fattori bioticì (interazioni).
Fattori topografici (altitudine, esposizione).

Agiscono su tutti gli ecosistemi, modificandone la struttura e composizione.

Luce, temperatura, acqua, ossigeno, sali minerali sono fattori ecologici importanti sulla terraferma. Luce, temperatura, salinità, pressione, ossigeno, sali minerali sono fattori ecologici importanti in ambienti acquatici.

In base al grado di tolleranza, una serie di termini che usano il prefisso steno—, nel significato di “stretto” ed euri—, nel significato di “ampio” , sono divenuti usuali in ecologia:

stenotermo — eritermo (temperatura)
stenoidrico — euriidrico(acqua)
stenoalino — eurialino(salinità)
stenofago — eurifago (cibo)
stenobato — euribato (pressione)
stenoecio — euriecio (habitat)

In una specie stenoecia (in questo caso stenoterma) il minimo, l’optimum e il massimo sono molto vicini. Quindi, un modesto cambiamento di temperatura (che per una specie euriterma avrebbe un minimo effetto) si rivela spesso critico. L’evoluzione di stretti intervalli di tolleranza potrebbe essere considerata una forma di specializzazione, che si risolve in una maggiore efficienza a spese dell’adattabilità e contribuisce ad incrementare la diversità della comunità nel suo insieme.

HABITAT

L’habitat di un organismo è l’ambiente naturale in cui esso normalmente vive

Si è detto in precedenza che lo spazio fisico nel quale vive una biocenosi costituisce il biòtopo; l’habitat è quindi la somma dei biòtopi in cui un organismo può vivere in quanto possiede tutti i requisiti necessari alla vita dello stesso.

Ogni habitat è caratterizzato dai suoi particolari aspetti fisici e chimici, e dalla struttura della vegetazione. Così, ad esempio, l’habitat dell’aquila reale sono le zone montagnose poste al di là del limite degli alberi sotto il livello delle nevi perenni, il koala vive esclusivamente nell’habitat costituito dalle foreste di eucalìpto dell’Australi orientale, l’habitat del castoro di montagna è costituito da fitti boschi in prossimità dell’acqua, gli scoiattoli hanno un habitat arboreo, le talpe un habitat sotterraneo.

La POPOLAZIONE è un gruppo di organismi della stessa specie (individui che possono potenzialmente incrociarsi fra di loro producendo progenie fertile e pertanto possiedono un patrimonio genetico comune) che occupano lo stesso spazio nello stesso periodo di tempo (interagiscono fra loro nello spazio e nel tempo), condividono uno stesso ruolo funzionale (ossia una medesima nicchia ecologica) e reagiscono in modo simile allo stimolo dei fattori ambientali; formano un sistema biologico dotato di propri meccanismi di controllo.

Una COMUNITA è un’associazione di popolazioni di specie diverse che hanno lo stesso habitat, legate tra loro, direttamente o indirettamente, attraverso una varietà di interazioni. Caratteristiche di una comunità sono la diversità biologica, vale a dire il numero delle specie che vivono in un dato habitat. il numero di individui di ciascuna specie (abbondanza relativa) e la loro dispersione nell’habitat. Queste caratteristìche sono influenzate dall’azione combinata di vari fattori:
— la piovosità, la temperatura, la composizione del suolo e altre caratteristiche geochimiche e climatiche dell’habitat;
— il tipo e la quantità di cibo e di altre risorse disponibili;
- gli adattamenti anatomici, fisiologici e comportamentaii, grazie ai quali i componenti di una specie sono in grado di sfruttare determinate risorse;
- le interazioni tra le diverse specie presenti nell’habitat.

NICCHIA ECOLOGICA

In un dato habitat ogni specie occupa una sua nicchia ecologica, che non è semplicemente un luogo ma un modo di vita, un ruolo, e comprende tutte le condizioni fisiche, chimiche e biologiche di cui la specie necessita per vivere e riprodursi (luce, anidride carbonica, ossigeno acqua e sostanze nutritive, temperatura, tipo di cibo, predatori, specie che competono per le stesse risorse).

Le specie, in genere, occupano nicchie tanto più diverse quanto più diverse sono le loro abitudini alimentari e ciò perché in questo modo viene a mancare un importante fattore di competizione.
Vi sono specie chiamate specìaliste e altre generaliste. Le prime hanno nicchie limitate, possono vivere in un solo tipo di habitat, si nutrono di un solo tipo di cibo e sono molto sensibili alle variazioni dei fattori ambientah e climatici. Ne sono esempio il panda gigante della Cina e il koala australiano, che si alimentano esclusivamente di piante di bambù ed eucalipto rispettivamente. Sulle Alpi stenofagi sono il capriolo, la donnola, l’ermellino.

I generalisti sono gli organismi che hanno nicchie ampie e grande capacità di adattamento. Sono specie generaliste le mosche, gli scarafaggi, i ratti, gli esseri umani. Negli ambienti in cui le condizioni si mantengono costanti nel tempo, come le foreste pluviali, sono avvantaggiati gli specialisti mentre i generaltsti, essendo più adattabili sono favoriti negli ambienti soggetti a repentini cambiamenti. Eurifagi alpini sono la martora, la faina, il tasso, la volpe.

Talora una specie occupa, nei diversi stadi della sua vita, nicchie diverse; basti ricordare, ad esempio i numerosi stadi larvali degli insetti che si sviluppano attraverso la metamorfosi. Inoltre la stessa specie può occupare nicchie diverse in regioni diverse.


 

Spesso un organismo riveste più di un ruolo entro la comunità. Per esempio la tartaruga azzannatrice è un predatore di giovani tartarughe acquatiche, ma è anche un saprofago: si ciba cioè, di resti di animali morti che non ha ucciso.

La nicchia ecologica è un ipervolume, dove ogni dimensione rappresenta una variabile ambientale è uno spazio ecologico a n dimensioni (Hutchinson).

L'Unità funzionale di base dell'Ecologia è L'ECOSISTEMA (Tansley, 1955)

BIOTOPO (spazio fisico inanimato in cui vive una biocenosi)
e
BIOCENOSI(insieme di tutti gli organismi viventi che coabitano in un biòtopo)

ricevono energia termica dal sole e si scambiano materia ed energia tra loro, influenzandosi reciprocamente.

Un ECOSISTEMA è reso funzionale da:

1.        una comunità

2.       un flusso di energia

3.       un ciclo di materiali

Gli ecosistemi sono contigui ed il passaggio dall'uno all'altro avviene in modo più o meno graduale.
Queste zone di transizione più o meno estese sono chiamate ECOTONI.
Negli ecotoni la fauna è più ricca in quanto le specie provengono dalle biocenosi adiacenti e si possono mescolare.
Questo processo viene anche definito effetto margine.

Gli ecosistemi possono essere di dimensioni variabili e si caratterizzano per la loro struttura, il funzionamento e la storia.
Inoltre ecosistemi diversi contigui interagiscono tra di loro attraverso scambi di materia e energia.
Ecosistema può essere definito un lago, un corso d'acqua, una prateria, un bosco, ma anche un singolo albero o una foglia.
In alcuni casi si possono definire abbastanza esattamente le dimensioni di un ecosistema, mentre altre volte non è possibile definire i confini.

Essi si suddividono in:

1.        Microsistemi (ad esempio un tronco di albero morto)

2.       Mesosistemi (foresta, stagno, etc.)

3.       Macrosistemi (oceano)

I vegetali sono la componente più immediata per la classificazione degli ecosistemi, in quanto conferiscono al paesaggio l'aspetto caratteristico (ad eccezione delle zone afotiche di oceani e laghi e dell'ambiente sotterraneo)

EVOLUZIONE DI UN ECOSISTEMA

La maggior parte degli ecosistemi si sono formati con una lunga evoluzione dovuta a processi di adattamento tra specie e clima e sono anche in grado di autoregolarsi e resistere a repentine variazioni dell'ambiente esterno.

L'evoluzione ecosistemica culmina con una fase detta CLIMAX per raggiungere la quale si succedono una serie di passaggi graduali (stati serali).
Lo stadio finale CLIMAX, dinamicamenter stabile, persiste finché non intervengano grosse perturbazioni esterne.

Climax climatico: la comunità è in equilibrio stabile con le condizioni generali del clima regionale (si autoperpetua)

Climax edafico: stadi stazionari modificati, in equilibrio con le particolari condizioni locali del suolo.

DISCLIMAX: ecosistema al quale non si permette di raggiungere il CLIMAX, perchè l'uomo lo mantiene in disequilibrio (superpascolo, campo coltivato)


 

CATENA ALIMENTARE

In tutti gli ecosistemi naturali la fonte di energia primaria è il sole. La maggior parte di questa energia viene persa sotto forma di calore, mentre una piccolissima parte viene utilizzata nella fotosintesi, come primo gradino della catena alimentare. PRODUTTORI AUTOTR0FI: veqetali che, tramite il processo di fotosintesi clorofilliana sono grado di sintetizzare la materia organica partendo da sostanze inorganiche, utilizzando la luce solare come fonte di energia: 12 H₂0 + 6 C0₂ = C₆H₁₂0₆ + 6 02 + 6H₂0

CONSUMATORI (ETER0TR0FI): animali erbivori (consumatori primari) e carnivori (consumatori secondari, terziari etc.) che si nutrono di altri organismi viventi.

DECOMPOSITORI (Saprofiti): eterotrofi (principalmente batteri, protozoi, funghi) che ottengono la loro energia sia demolendo tessuti organici morti, sia assorbendo materia organica disciolta. Rimettono in circolazione la materia organica.

Gli scambi energetici tra produttori e consumatori costituiscono la catena alimentare.

I decompositori (saprofagi) si nutrono dei prodotti di rifiuto e dei tessuti degli organismi (sostanza organica: proteine, lìpidi carboidrati etc.); decomponendoli contribuiscono a restituire al terreno le sostanze inorganiche ( C, N, P, CO2, H2O etc.) assorbita dai produttori.

Le catene alimentari sono numerose, in quanto diversi consumatori si nutrono di più tipi di cibo. Gli animali che appartengono a più di una catena alimentare collegano una catena all’ altra formando una rete alimentare. Più questa è fitta più vi è perdita di energia. Visto che ad ogni passaggio si consuma energia è necessario un suo continuo rifornimento. Ciò e continuamente possibile grazie al Sole.

In una catena alimentare naturale la quantità di energia diminuisce da un livello all’altro, ma la sua qualità, cioè la capacità di compiere un lavoro, aumenta. Lo sviluppo quantitativo e qualitativo degli organismi viventi è fortemente condizionato dai fattori ambientali.

Nonostante questa complicazione, si tenta di inquadrare ogni specie ad un livello trofico, prendendo in considerazione il ruolo ecologico prevalente. Questa suddivisione ci permette di quantificare il flusso dì energia e di materia all’interno dì un ecosistema rappresentato, oltre che dalle catene alimentari, attraverso le PIRAMIDI ECOLOGICHE, che sono una raffigurazione grafica delle biocenosì presenti nell’ecosistema (Fig. 3). Le piramidi ecologiche vengono rappresentate con dei rettangoli orizzontali di lunghezza variabile dal basso verso l’alto, disposti uno sopra all’altro, rappresentanti un flusso di energia decrescente. Ogni rettangolo rappresenta il numero di individui di tutte le specie (piramidi dei numeri), oppure la biomassa (piramidi di biomassa) cioè il peso di tutti gli individui dello stesso livello trofico. La rappresentazione grafica ha di solito un andamento a piramide poiché passando da un livello all’altro si ha una dirninuzione del numero di organismi.

Curva di crescita a J (esponenziale), non c’è equilibrio: la densità fluttua in dipendenza della limitatezza delle risorse, dei fattori fisicì, delle interazioni con altre specie (la crescita è interrotta da un improvviso effetto limitante prima che intervenga quello autolimitante).
dN/dt=rN (accrescimento geometrico)

Curva di crescita a “S” (logistica, sigmoide): si verifica un’azione sempre più accentuata di fattori nocivi (resistenza ambientale) all’aumentare della densità di popolazione (effetto autolìmitante),
dN/dt = rN (K — N)/K (logistico)

RIPARTIZIONE ED OTTIMIZZAZIONE DELL’ENERGIA

In un ambiente scarsamente affollato o mutevole (soggetto a uragani. stress etc.) le pressioni selettive favoriscono specie con elevato potenziale riproduttivo

(Specie r—strateghe ) alta resilienza, bassa resistenza

In un ambiente affollato o fisicamente stabile le pressioni selettive favoriscono specie con basso potenziale riproduttivo ma elevate possibilà di utilizzo delle risorse

(Specie K—strateghe) alta resistenza, bassa resilienza

I fattori che fanno fluttuare le popolazioni agiscono sui tassi di riproduzione o di mortalità.
E’ possibile distinguere tra fattori estrinseci (cioè che operano sulla popolazione dall’esterno) e intrinseci (che insorgono all’interno della popolazione).

Tra i più importanti ttori estrinseci troviamo l’effetto dei predatori, la disponibilità di risorse, la competizione con altre specie (interspecifica), le condizioni climatiche.

I fattori intrinseci più importanti Comprendono la competizione intraspecifica. la dispersione degli individui verso altre aree, etc. Alcuni di questi processi sono dipendenti dalla densità e sono proprio questi i principali agenti che regolano la dimensione della popolazione, inibendo l’ulteriore incremento di popolazioni numerose e promuovendo la crescita di quelle piccole.

Qualsiasi forma di competizione intraspecifica opererà in un modo dipendente dalla densità limitando la crescita della popolazione. I fattori di tipo competitivo si manifestano solo in caso di limitatezza delle risorse e man mano che cresce la densità di popolazione per unità di risorsa cresce anche la mortalità.

Se due o più specie hanno delle richieste ecologiche identiche non saranno in grado di esistere contemporaneamente. Quindi se due o più specie coesistono nello stesso habitat evidentemente occuperanno nicchie ecologiche più o meno distinte.

Anche con la separazione nel tempo può essere evitata la competizione interspecifica, due specie di animali possono cioè convivere nello stesso habitat, avendo ritmi di attività differenti.

Charles Darwin e l’origine della specie (1859)

(mutazione genetica + selezione naturale = Evoluzione)

“La selezione naturale agisce esclusivamente per mezzo della conservazione ed accumulazione delle variazioni che sono utili nelle condizioni organiche e inoiganiche alle quali ciascuna creatura è esposta in tutti i periodi della vita. Il risultato ultimo è che ciascuna creatura tende a dA~rnire sempre più migliorata in relazione alle sue condizioni. Questo miglioramento lnevitabilmente conduce ad un graduale progresso delle organizzazione del più grande numero di esseri viventi nel mondo”

Metafricamente può dirsi che la selezione naturale va scrutando ogni giorno e ogni ora pel mondo intero ciascuna variazione anche minima: rigettando ciò che è cattivo, conservando e accumulando tuffo ciò che è buono: essa lavora insensibilmente e silenziosamente in tutti i luoghi e sempre quando si presenti l’opportunità, al perfezionamento di ogni essere organizzato in relazione alle sue condizioni di vita organiche ed inorganiche.
Nulla noi scorgiamo di codeste lente e progressive trassformazioni fino a che la mano del tempo abbia segnato il lungo corso delle epoche; le nostre cognizioni poi relative alle età geologiche, da lungo tempo trascone sono sì imperfette che noi accorgiamo solo che le odierne forme viventi sono differenti da quelle d’un tempo.

Il concetto di adattamento è strettamente correlato a quello di SELEZIONE NATURALE poiché le variazioni cbe favoriscono la sopravvivenza di un individuo in competizione con altri organismi e di fronte ad una pressione ambientale, tendono ad aumentarne il successo riproduttivo (fitness) ed essere così conservate.