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5 c 2010 ecosistemi cap28
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    • 1. Ecologia La scienza che studia le relazioni fra i vari organismi e l’ambiente è l’ Ecologia Oikos = casa Logos = discorso Organismi-----------------------Ambiente relazioni Ecologia
    • 2. Struttura di un Ecosistema ECOSISTEMA Componente Biotica Componente Abiotica
    • 3. Capitolo 28 Le comunità e gli ecosistemi 0
    • 4. Predatori predati <ul><li>Le vespe Apanteles inseriscono le loro uova nel bruco della cavolaia </li></ul>Le vespe icneumonidi depongono le loro uova dentro alle larve di apanteles Le vespe calcididi depongono le loro uova dentro alle larve di icneumone
    • 5. <ul><li>28.1 Una comunità comprende tutti gli organismi che vivono in una data area </li></ul><ul><li>Una comunità biologica è l’insieme di tutte le popolazioni di organismi che vivono in un determinato territorio, abbastanza vicini per poter interagire tra loro. </li></ul>La struttura delle comunità 0 Figura 28.1
    • 6. Comunità Biologica In ogni ambiente gli Organismi non vivono isolati, ma a contatto con altri esseri della stessa specie e di altre specie popolazione Organism i Stessa specie Altre specie Relazioni non casuali Tutti gli organismi che vivono nello stesso luogo formano una Comunità Biologica o Biocenosi Comunità Biologica = associazione organizzata Biocenosi = vita + unione
    • 7. <ul><li>I parametri che caratterizzano ciascuna comunità sono: </li></ul><ul><ul><li>la diversità delle specie ; </li></ul></ul><ul><ul><li>le specie dominanti ; </li></ul></ul><ul><ul><li>il tipo di reazioni alle perturbazioni ; </li></ul></ul><ul><ul><li>la struttura trofica . </li></ul></ul>0 Ricchezza di specie Abbondanza relativa degli organismi di ciascuna specie una comunità è molto diversificata se è formata da molte specie e queste sono ripartite in maniera omogenea. Solitamente coincidono con le specie vegetali prevalenti. Tempeste, incendi, ecc. dipendono sia dal tipo di comunità, sia dal tipo di perturbazione.
    • 8. Le interazioni nelle comunità sono di 4 tipi: <ul><li>Competizione </li></ul><ul><li>• predazione </li></ul><ul><li>erbivoria </li></ul><ul><li>• simbiosi </li></ul>La struttura trofica: relazioni alimentari intraspecifiche interspecifiche
    • 9. <ul><li>28.2 La competizione è causata dalla condivisione di una risorsa limitata </li></ul><ul><ul><li>La competizione interspecifica si verifica tra due specie che concorrono per la stessa risorsa limitata. </li></ul></ul><ul><ul><li>La nicchia ecologica di una specie è definita come il suo ruolo nell’uso complessivo delle risorse biotiche e abiotiche. </li></ul></ul>All’interno di una biocenosi ogni specie tende a specializzarsi in una funzione 0
    • 10. competizione <ul><li>Come risultato della competizione può ridursi la fitness globale cioè il successo riproduttivo </li></ul><ul><li>Risorse per le quali si può avere competizione: cibo, acqua, luce, spazi vitali, tane. </li></ul>1934 principio di esclusione di Gause
    • 11. <ul><li>Il principio di esclusione competitiva stabilisce che due popolazioni di specie diverse non possano coesistere in una stessa comunità se le loro nicchie sono identiche. </li></ul>0 Figura 28.2A Chthamalus Balanus Alta marea Nicchia di Chthamalus Nicchia di Balanus Bassa marea Oceano
    • 12. <ul><li>Per selezione naturale, specie concorrenti possono modificare leggermente le proprie nicchie e giungere a una ripartizione delle risorse che permette loro di convivere in una stessa comunità. </li></ul>0 A. distichus A. aliniger A. etheridgei A. cybotes A. christophei A. ricordii A. insolitus A. insolitus si apposta sui rami ombrosi. A. distichus si apposta su superfici assolate. Figura 28.2B
    • 13. <ul><li>28.3 La predazione induce l’evoluzione di adattamenti sia nei predatori sia nelle prede </li></ul><ul><ul><li>La predazione è un’interazione tra organismi in cui una specie, il predatore , si nutre di un’altra, la preda . </li></ul></ul>0
    • 14. La predazione <ul><li>consente il controllo numerico degli individui </li></ul><ul><li>Influisce sull’evoluzione di prede e predatori coevoluzione. </li></ul><ul><li>Contribuisce a mantenere le popolazioni entro la capacità di sostentamento dell’ambiente </li></ul><ul><li>Riduce le esplosioni demografiche e, talvolta, elimina i soggetti più deboli </li></ul>Il predatore La preda
    • 15. Predatori sempre più specializzati Volpe faina aquila pomarina
    • 16. <ul><li>Molti animali si proteggono: </li></ul><ul><li>per mezzo di strutture anatomiche </li></ul><ul><li>(es. spine, aculei), </li></ul><ul><li>assumendo atteggiamenti </li></ul><ul><li>aggressivi o minacciosi, </li></ul><ul><li>con colorazioni che simulano il substrato (per ingannare le prede) </li></ul><ul><li>Le forti pressioni selettive hanno reso possibile l’evolversi di mutamenti strutturali e comportamentali. </li></ul><ul><li>MIMETISMO dal greco mimeisthai = imitare </li></ul><ul><li>COLORAZIONI APOSEMATICHE DISEGNI CRIPTICI </li></ul><ul><li>(colorazioni di avvertimento) </li></ul>Espedienti di difesa (per sfuggire ai nemici) Sfera anatomica Sfera comportamentale
    • 17. <ul><li>Il mimetismo critpico (camuffamento) e la difesa chimica sono strategie difensive delle prede contro la predazione. </li></ul>0 <ul><ul><li>Prede e predatori per selezione naturale possono evolvere adattamenti particolari. </li></ul></ul>Figura 28.3A Figura 28.3B
    • 18. Mimetismo criptico kriptòs=nascosto <ul><li>le prede si nascondono ai loro predatori grazie a particolari e sofisticati attributi che le rendono difficilmente individuabili nell’ambiente circostante </li></ul><ul><li>Gli attributi possono riguardare: </li></ul><ul><li>il colore OMOCROMISMO </li></ul><ul><li>o la morfologia OMOMORFISMO </li></ul>Bruco simile a escremento di uccello Simili al substrato
    • 19. Insetto stecco
    • 20. Digitalis purpurea stramonio mughetto
    • 21. Difese delle prede <ul><li>Foglie coriacee, dentellate, pianta sempreverde. </li></ul>Leccio - Quercus ilex
    • 22. COLORAZIONI APOSEMATICHE <ul><li>APOSEMATISMO </li></ul><ul><li>Un qualunque dispositivo di protezione chimica sarà </li></ul><ul><li>tanto più efficace quanto più i predatori saranno in grado di riconoscerlo dopo aver effettuato una serie di prove di “assaggio” </li></ul><ul><li>I campanelli d’allarme sono dati dai colori di avvertimento giallo , rosso , blu su fondo nero o bianco </li></ul><ul><li>oppure abbinati tra loro con contrasti violenti </li></ul>Rana rossa velenosa
    • 23. Mimetismo mulleriano <ul><li>- in onore dello zoologo Muller che per primo, nel 1878, ne ipotizzò la spiegazione. Insetti non commestibili hanno le livree dai colori accesi e vistosi per segnalare ai loro predatori il pericolo e avvertimento. </li></ul>
    • 24. Mimetismo batesiano <ul><li>in onore di Bates che, nel 1862, per primo studiò il mimetismo negli insetti.Insetti imitano con le sue forme e colori altri insetti con diffese antipredatorie: api, calabroni e vespe </li></ul>
    • 25. <ul><li>Una specie preda può anche sfruttare un tipo di protezione imitando le fattezze di una specie in qualche modo pericolosa o disgustosa: in questo caso di parla di mimetismo batesiano . </li></ul>0 Figura 28.3C Figura 28.3D
    • 26. Mimetismo parassitario Cuculus canorus
    • 27. <ul><li>28.4 La predazione contribuisce a mantenere la diversità di una comunità </li></ul><ul><li>Una specie chiave di volta è un predatore che mantiene la diversità della sua comunità riducendo la densità dei competitori più forti e impedendo l’esclusione competitiva delle specie più deboli. </li></ul>0 Figura 28.4A
    • 28. <ul><ul><li>Se la specie chiave di volta viene eliminata diminuisce la biodiversità. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Nel Pacifico settentrionale, la predazione delle lontre marine da parte delle orche ha fatto aumentare il numero dei ricci di mare (di cui si nutrono le lontre). </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Dove abbondano i ricci di mare scarseggia la loro fonte di nutrimento principale: le alghe brune kelp . </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>La scomparsa di una specie chiave di volta (la lontra) povoca la scomparsa di altre specie (le alghe kelp ). </li></ul></ul></ul>0 Figura 28.4B
    • 29. <ul><li>28.5 Gli erbivori e le piante di cui essi si nutrono hanno evoluto diversi adattamenti reciproci </li></ul><ul><ul><li>Gli erbivori sono animali che hanno evoluto adattamenti utili a nutrirsi di piante o alghe. </li></ul></ul><ul><ul><li>Per difendersi, molte piante producono composti tossici. </li></ul></ul>0
    • 30. <ul><li>Alcune interazioni erbivori-piante illustrano il concetto di coevoluzione , cioè la selezione di adattamenti evolutivi reciproci delle due specie. </li></ul>0 Uova Depositi di zucchero Figura 28.5
    • 31. <ul><li>28.6 Le relazioni di simbiosi contribuiscono a strutturare le comunità </li></ul><ul><ul><li>Una relazione simbiotica è un’interazione nella quale due o più specie vivono insieme in intimo contatto. </li></ul></ul><ul><ul><li>Vi sono tre tipi di interazioni considerate simbiotiche: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>le relazioni di parassitismo; </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>le relazioni di commensalismo; </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>le relazioni di mutalismo. </li></ul></ul></ul>0
    • 32. Stafilococchi, plasmodi, trypanosomi <ul><ul><li>Nel parassitismo un organismo, il parassita, si nutre a spese dell’ospite. I patogeni , a differenza della maggior parte dei parassiti, tendono a uccidere il proprio ospite. </li></ul></ul>
    • 33. Parassitismo endoparassiti
    • 34. Ectoparassiti: isopode, pidocchi, anopheles
    • 35. <ul><ul><li>Nel commensalismo una specie beneficia della presenza dell’altra, che non ne viene disturbata. </li></ul></ul><ul><ul><li>Nel mutualismo entrambi i partner traggono beneficio reciproco di varia entità dalla relazione. </li></ul></ul>0 Figura 28.6A Figura 28.6B
    • 36. mutualismo
    • 37. <ul><li>28.7 Le comunità sono soggette a continue perturbazioni di intensità molto variabile </li></ul><ul><ul><li>Le perturbazioni sono eventi disturbanti caratteristici della maggior parte delle comunità, che </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>danneggiano le comunità biologiche, </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>rimuovono organismi da esse; </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>alterano la disponibilità delle varie risorse. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Gli incendi, le alluvioni, i periodi di siccità, il sovrappascolo o le attività umane sono esempi di sovrappopolazione. </li></ul></ul>0
    • 38. <ul><ul><li>Perturbazioni su scala ridotta hanno effetti positivi e possono incrementare la varietà ambientale locale contribuendo ad aumentare la biodiversità di una comunità. </li></ul></ul><ul><ul><li>Le comunità cambiano invece in modo drastico a causa di perturbazioni particolarmente intense. </li></ul></ul><ul><ul><li>La successione ecologica è una transizione della composizione specifica di una comunità che si verifica in seguito a una perturbazione. </li></ul></ul>0
    • 39. L’evolversi degli ecosistemi viene denominato successione ecologica <ul><li>Un ecosistema non è ne statico ne immutabile, così come ogni altro sistema biologico è in continua evoluzione, alla ricerca del migliore adattamento alle condizioni ambientali, anch’esse in continua mutazione. </li></ul><ul><li>La successione ecologica attraversa diversi stadi intermedi detti stadi serali o sere, fino a raggiungere una conformazione di equilibrio perfetto con una stabilità del sistema : questo stadio è chiamato climax. </li></ul>
    • 40. <ul><li>La successione primaria è la colonizzazione graduale a partire dalla nuda roccia: si verifica quando una comunità colonizza un’area che è praticamente priva di forme di vita e di terreno fertile. </li></ul>0 Figura 28.7 Ritiro del ghiacciaio, che deposita una morena frontale Le piante erbacee Dryas colonizzano l’area Compaiono gli abeti nella foresta degli ontani Foresta di abeti
    • 41. <ul><ul><li>La successione secondaria avviene a seguito di intense perturbazioni che distruggono una comunità presente in una certa area ma lasciano intatto il suolo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Si verifica una successione secondaria se aree forestali trasformate in terreni agricoli vengono abbandonate o in aree devastate da incendi e alluvioni. </li></ul></ul>0
    • 42. Un esempio di successione nella biosfera è quella che si manifesta nelle zone attigue ai vulcani attivi dopo una eruzione <ul><li>dopo che la lava si è raffreddata abbiamo la comparsa dei primi abitatori: i licheni che iniziano la colonizzazione dello strato lavico. </li></ul><ul><li>Via via che questi muoiono vanno a costituire un substrato di crescita su cui cominceranno a svilupparsi dapprima le felci e le graminacee più semplici che andranno a costituire un leggero e continuo strato di vegetazione che produrrà quella sostanza organica necessaria alla colonizzazione del suolo da parte di arbusti ed altre piante con apparato radicale ben sviluppato </li></ul><ul><li>Queste specie pioniere andranno ad esercitare una azione modificatrice sull’ambiente, per esempio possono, tramite la simbiosi con specifici batteri, fissare l’azoto atmosferico e renderlo disponibile nel terreno per altre specie che si insedieranno successivamente. </li></ul><ul><li>A questo punto altre piante, che non fissano azoto, ma hanno altre capacità adattative ben sviluppate, si sostituiranno alle specie fissatrici utilizzando buona parte dell’azoto mineralizzato. </li></ul>
    • 43. <ul><li>Appena entrano nel sistema nuove specie più sviluppate, alcune di quelle che si erano stabilite agli inizi, vengono espulse dal sistema (esclusione competitiva), mano a mano che si sviluppa una comunità a climax più stabile, la velocità con cui si modifica la struttura della comunità si riduce; in queste condizioni di stabilità la produzione primaria e la biomassa accumulata sono alte, la biodiversità è maggiore rispetto alle fasi iniziali, la catena detritica è ben sviluppata e la fase organica del ciclo dei nutrienti si completa. </li></ul>
    • 44. <ul><li>28.8 La struttura trofica è un fattore chiave nelle dinamiche delle comunità biologiche </li></ul><ul><ul><li>La comunità degli organismi di ogni ecosistema ha una propria struttura trofica, cioè un modello di interazioni alimentari costituito da più livelli. </li></ul></ul><ul><ul><li>La sequenza dei passaggi di cibo da un livello trofico a un altro è chiamata catena alimentare . </li></ul></ul>0
    • 45. <ul><li>Una catena alimentare raffigura il flusso di energia e nutrienti dalle piante ( produttori ) agli erbivori ( consumatori primari ) ai carnivori ( consumatori secondari e di livello maggiore). </li></ul>0 Figura 28.8 Consumatori quaternari Livello trofico Consumatori terziari Consumatori secondari Consumatori primari Produttori Poiana Serpente Topo Cavalletta Pianta Fitoplancton Zooplancton Aringhe Tonno Orca Catena alimentare terrestre Catena alimentare marina
    • 46. <ul><ul><li>I detritivori o decompositori (animali saprofagi, funghi e procarioti) decompongono i materiali di scarto e riciclano le sostanze nutritive negli ecosistemi. </li></ul></ul><ul><ul><li>La decomposizione operata dai microrganismi è l’atto finale che lega tutti gli organismi in un ciclo ed è essenziale per ogni comunità, così come per la vita stessa. </li></ul></ul>0
    • 47. <ul><li>28.9 Catene alimentari interconnesse formano reti alimentari </li></ul>0 Figura 28.9 Una rete alimentare è un fattore biotico chiave in molti ecosistemi. Consumatori quaternari, terziari, e secondari Consumatori primari Consumatori terziari e secondari Produttori (piante) Consumatori secondari e primari
    • 48. <ul><li>28.10 L’ecologia degli ecosistemi prende in considerazione il flusso di energia e il riciclaggio chimico </li></ul>La struttura e le dinamiche degli ecosistemi 0 Riciclaggio chimico Flusso di energia Energia luminosa Energia chimica Elementi chimici Energia termica Figura 28.10A Un ecosistema è costituito dall’insieme di tutti gli organismi di una comunità e dall’ambiente abiotico con cui questi organismi interagiscono.
    • 49. <ul><li>28.11 Sulla produzione primaria si basa la quantità di energia disponibile per l’ecosistema </li></ul><ul><li>La produttività primaria è il tasso con cui i produttori convertono l’energia solare in energia chimica sotto forma di molecole organiche ( biomassa ). </li></ul>0 Figura 28.11 Oceano aperto Estuario Letti di alghe e barrire coralline Deserti e semi-deserti Tundra Prateria temperata Aree coltivate Foresta boreale (taiga) Savana Foresta decidua temperata Foresta tropicale pluviale 0 500 1000 1500 2000 2500 Produttività primaria netta (g/m 2 /anno)
    • 50. <ul><li>28.12 L’energia disponibile limita la lunghezza delle catene alimentari </li></ul><ul><li>Una piramide della produttività mostra il flusso di energia dai produttori ai consumatori dei vari livelli trofici. </li></ul>0 Figura 28.12 Consumatori terziari Consumatori secondari Consumatori primari Produttori 10 kcal 100 kcal 1000 kcal 10 000 kcal 1 000 000 kcal di energia luminosa
    • 51. <ul><ul><li>I produttori convertono soltanto l’1% della quantità di energia solare che raggiunge la Terra in produttività primaria. </li></ul></ul><ul><ul><li>Soltanto circa il 10% dell’energia immagazzinata da un livello diventa disponibile per quello successivo. </li></ul></ul>0
    • 52. <ul><li>28.13 La piramide della produttività spiega perché il consumo di carne può essere considerato un lusso </li></ul><ul><li>I produttori potrebbero sostenere molte più persone se non ci comportassimo come consumatori secondari ma soltanto primari. </li></ul>COLLEGAMENTI 0 Figura 28.13 Livello trofico Consumatori secondari Consumatori primari Produttori Individui a dieta vegetariana Mais Individui a dieta carnivora Bestiame Mais
    • 53. <ul><li>28.14 Le sostanze chimiche vengono riciclate attraverso il passaggio tra materia organica e riserve abiotiche </li></ul>0 Consumatori Produttori Sostanze nutritive disponibili per i produttori Serbatoio abiotico Detritivori 3 2 1 4 Figura 28.14 I cicli biogeochimici sono i cicli in cui le sostanze nutritive vengono riciclate e continuamente trasferite dagli organismi ai serbatoi abiotici .
    • 54. <ul><li>28.15 L’acqua è coinvolta in un ciclo globale della biosfera </li></ul>0 Nel ciclo dell’acqua il motore è l’energia solare, che innesca le precipitazioni, l’evaporazione e la traspirazione. Figura 28.15 Trasporto sopra la terraferma Energia solare Movimento netto di vapore acqueo dovuto ai venti Dilavamento e acque del sottosuolo Percolazione attraverso il suolo Precipitazioni sulla terraferma Evaporazione e traspirazione dalla terraferma Precipitazioni sugli oceani Evaporazione dall’oceano
    • 55. <ul><li>28.16 Il ciclo del carbonio dipende dalla fotosintesi e dalla respirazione </li></ul>0 Consumatori di livello più elevato Figura 28.16 <ul><li>Nel ciclo del carbonio , questo elemento viene </li></ul><ul><li>prelevato dall’atmosfera attraverso la fotosintesi; </li></ul><ul><li>fissato nelle molecole organiche; </li></ul><ul><li>restituito in fine all’atmosfera attraverso la respirazione cellulare. </li></ul>CO 2 atmosferico Fotosintesi Respirazione cellulare Combustione di combustibili fossili e legname Composti del carbonio nell’acqua Sostanze di rifiuto Consumatori primari Decomposizione
    • 56. <ul><li>28.17 Nel ciclo dell’azoto è fondamentale il ruolo dei batteri </li></ul>0 Figura 28.17 Nel ciclo dell’azoto i batteri azotofissatori concentrano l’azoto gassoso N 2 in composti assimilabili dalle piante: ioni ammonio (NH 4 + ) e nitrati (NO 3 – ). Azoto atmosferico (N 2 ) Fissazione dell’azoto Batteri azotofissatori nei noduli radicali delle leguminose Detritivori Decomposizione Ione ammonio (NH 4 + ) Nitrati (NO 3 – ) Assimilazione da parte delle piante Batteri denitrificanti Batteri azotofissatori del suolo Batteri nitrificanti
    • 57. <ul><ul><li>I detritivori decompongono i rifiuti azotati in ioni ammonio, rendendo così l’azoto di nuovo disponibile per le piante. </li></ul></ul><ul><ul><li>I batteri denitrificanti del terreno completano il ciclo dell’azoto, trasformando i nitrati presenti nel suolo in N 2 atmosferico. </li></ul></ul>0
    • 58. <ul><li>28.18 Il ciclo del fosforo dipende dall’erosione delle rocce </li></ul>0 Consumatori Nel ciclo del fosforo il riciclaggio avviene a livello locale: il serbatoio abiotico del fosforo è costituito dalle rocce. Figura 28.18 Erosione delle rocce Sollevamento degli strati geologici Dilavamento Sedimentazione Dilavamento Suolo Assimilazione di PO 4 3 – da parte delle piante Decompositori Pioggia Piante
    • 59. <ul><li>29.19 L’alterazione degli ecosistemi può destabilizzare i cicli biogeochimici </li></ul><ul><ul><li>Il funzionamento di ogni ecosistema dipende strettamente dall’equilibrio nei cicli delle sostanze nutritive. </li></ul></ul><ul><ul><li>Eventuali alterazioni di questi cicli possono avere ripercussioni sulla struttura delle comunità. </li></ul></ul>L’alterazione degli ecosistemi 0
    • 60. <ul><li>Studi a lungo termine condotti su un ecosistema forestale hanno dimostrato che drastiche alterazioni, come la totale rimozione della vegetazione, possono aumentare il dilavamento delle sostanze nutritive. </li></ul>0 Figure 28.19A-C Concentrazione di nitrati nelle acque in uscita dal bacino (mg/L) Termine della fase di deforestazione Area di controllo Area disboscata 0 1 2 3 4 20 40 60 80 1965 1966 1967 1968
    • 61. <ul><li>28.20 Gli ecosistemi di acqua dolce sono molto sensibili alle alterazioni dei cicli biogeochimici </li></ul><ul><li>Il dilavamento delle sostanze nutritive (fosforo e azoto) da terreni agricoli e gli scarichi fognari non adeguatamente depurati possono provocare fioriture algali per eutrofizzazzione , processo che riduce la biodiversità e abbassa la qualità delle acque. </li></ul>0 Figura 28.20
    • 62. L’introduzione di nuove specie 1920 cactus introdotti in Australia e 1959 Cactoblastis cactorum
    • 63. L’alga Caulerpa taxifolia sta sostituendo la monocotiledone Poseidonia

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