5 c 2010 ecosistemi cap28

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    1. 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. 2. Struttura di un Ecosistema ECOSISTEMA Componente Biotica Componente Abiotica
    3. 3. Capitolo 28 Le comunità e gli ecosistemi 0
    4. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 15. Predatori sempre più specializzati Volpe faina aquila pomarina
    16. 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. 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. 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. 19. Insetto stecco
    20. 20. Digitalis purpurea stramonio mughetto
    21. 21. Difese delle prede <ul><li>Foglie coriacee, dentellate, pianta sempreverde. </li></ul>Leccio - Quercus ilex
    22. 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. 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. 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. 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. 26. Mimetismo parassitario Cuculus canorus
    27. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 33. Parassitismo endoparassiti
    34. 34. Ectoparassiti: isopode, pidocchi, anopheles
    35. 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. 36. mutualismo
    37. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 62. L’introduzione di nuove specie 1920 cactus introdotti in Australia e 1959 Cactoblastis cactorum
    63. 63. L’alga Caulerpa taxifolia sta sostituendo la monocotiledone Poseidonia

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