Scarica Un ponte tra scienza e società e più Sintesi del corso in PDF di Ecologia solo su Docsity!
Riassunto di UN PONTE TRA SCIENZA E SOCIETA’di Eugene P. Odum
CAPITOLO 1 - L’AMBIENTE CHE SOSTIENE LA VITA
I primi organismi che apparvero sulla Terra erano microrganismi capaci di sopravvivere in un ambiente privo di ossigeno, in presenza di elevate quantità di radiazioni ultraviolette e gas tossici, condizioni che sarebbero oggi letali per gli esseri viventi. Col passare degli anni, gli organismi primordiali, interagendo con i processi fisici, chimici e geologici, hanno gradualmente modificato l’ambiente, tra queste modificazioni assume rilievo il processo della fotosintesi, cioè l’azione di fissazione dell’anidride carbonica e la liberazione dell’ossigeno nell’atmosfera , portando a una drastica diminuzione del CO2 e all’aumento dell’O2. Si ebbero così la formazione di calcare e la comparsa di una fascia verde sulla superficie terrestre. Fino a non molto tempo fa si dava per scontato la disponibilità illimitata delle risorse naturali, oggi invece si deve considerare come prioritario la salvaguardia e l’uso corretto delle risorse come l’acqua, che non può essere sostituita. E’ possibile oggi identificare i sistemi e i processi ecologici più importanti che consentono la vita sulla Terra. Per muoversi in questa direzione dobbiamo considerare l’ambiente in un insieme e suddividerlo in unità funzionali secondo un metodo sistematico (sviluppo sostenibile). La Terra viene descritta e classificata in tre grandi categorie, attraverso i suoi più importanti ambienti:
- ambienti costruiti o aree sviluppate = città, zone industrializzate, strade, linee ferroviarie, aeroporti. Sono una piccola parte del paesaggio totale, ma sono zone ad alto consumo energetico: sono zone alimentate dai combustibili ( il + usato è il comb. fossile, cioè carbone, petrolio, gas naturale). La densità di energia (quantità di energia consumata ogni anno per unità di superficie) di una zona industriale è di 1000 volte superiore rispetto a quella di una foresta. Le città dipendono dalle campagne circostanti per le risorse necessarie alla vita, ma scaricano i loro prodotti di rifiuto in queste aree senza preoccuparsi dei danni apportativi.
- ambienti coltivati o aree coltivate = terreni agricoli, boschi e foreste gestite dall’uomo, stagni e laghetti artificiali. Sono gesti dall’uomo per incrementare la produzione di cibo e fibre. Oltre che dall’energia solare, questi ecosistemi sono sostenuti da energia sussidiaria : energia prodotta attraverso macchine, fertilizzanti, pesticidi la cui produzione ha un costo energetico.
- ambienti naturali o aree naturali = sistemi basati su due concetti chiavi per l’ecologia, ovvero l’ autosufficienza e l’automantenimento. Sistemi sostenuti esclusivamente dall’energia solare e da tutti i sistemi naturali ad essa collegati: pioggia, movimenti dell’acqua, venti. L’ecosistema naturale è autorganizzato, senza input d’energia o controlli da parte dell’uomo. Il concetto di ecosistema autosufficiente non comporta che l’ambiente naturale non possa venire a contatto con le attività dell’uomo: queste non devono, però, cambiare la sua struttura o la sua capacità riproduttiva. L’ ambiente in grado di sostenere la vita è quella parte della Terra che fornisce le necessità fisiologiche della vita, come il cibo, i nutrienti, l’aria, l’acqua. Il sistema per il sostentamento della vita fa riferimento agli organismi, ai processi (produzione di cibo, riciclaggio dell’acqua, recupero dei prodotti di rifiuto, purificazione dell’aria) ed a tutte quelle risorse che interagiscono per fornire queste necessità. Se si considera il paesaggio, si può stabile questa equazione: sistemi agricoli + sistemi naturali = sistemi in grado di sostenere la vita. Il termine sistema si riferisce a un insieme di elementi che interagiscono regolarmente fra loro e formano un’entità completa. Esperimento Biosphere- Nell’anno 1991 venne completata la costruzione di una capsula terrestre progettata per essere bioregenerativa ( esperimento chiamato appunto Biosphere-2) come il sistema Terra: piante, animali e microrganismi rigenerano, riciclano e controllano le sostanze necessarie per la vita. Circa l’80% dello spazio all’interno di Biosphere-2 era così costituito da una mezza dozzina di habitat naturali, dalla foresta pluviale, all’area agricola, al deserto, ecc. ,in grado di fornire una notevole biodiversità. Otto persone si isolarono nella capsula per due anni senza scambi di materiali con il
mondo esterno; erano concessi scambi di energia come quella solare e scambi d’informazioni. Il risultato più importante è stata la documentazione dell’elevato valore di beni che ci vengono elargiti dalla Natura, come accade con l’uso di combustibili fossili. Sostenere le aree urbane e industriali Sulla Terra le aree dedicate all’agricoltura sono di gran lunga più estese rispetto a quelle urbanizzate ed industrializzate. Questo dipende dal fatto che sono necessari molti chilometri quadrati di terreno coltivato per fornire cibo alle persone di città. E’ necessario evitare che lo sviluppo urbano avvenga a scapito di quello agricolo, perché il terreno coltivabile buono non è disponibile all’infinito. Solo un quarto della superficie terrestre è provvisto di suolo, acqua e clima idonei per sostenere la produzione di cibo per la sterminata popolazione terrestre. La città è quindi un “punto caldo”, ovvero una macchia concentrata di energia , sparsa in una ambiente in grado di sostenere la vita più grande, ma meno ricco di energia. (Questo tipo di distribuzione è diffuso anche tra molti organismi). Poiché gran parte del pianeta sta andando verso una urbanizzazione crescente, è importante riconoscere come la città rappresenti un parassita degli ambienti naturali e di quelli utilizzati dall’uomo a scopo agricolo. Essa infatti non produce cibo, non purifica l’aria e contribuisce poco a purificare l’acqua in modo da poterla riutilizzare. Per sostenere la qualità di vita urbana occorre che parte di questo benessere venga utilizzato per conservare, mantenere e riparare gli ambienti naturali ed agricoli. Attualmente l’uomo non si preoccupa dell’ambiente necessario della vita, perché non si rende conto di quanto esso sia essenziale. Un esempio di ciò è la dipendenza di due grandi città come New York e Chicago dal loro bacino idrografico posto a valle. L’inquinamento da sorgenti puntiformi e da sorgenti diffuse L’applicazione di leggi che regolano gli scarichi provenienti dalle industrie, dalle centrali elettriche e dagli impianti per il trattamento dei liquami, hanno ridotto l’ inquinamento puntiforme ( scarichi provenienti da tubazioni, canali di scolo, ecc ) sia nei fiumi che in atmosfera. Poiché è aumentato l’ inquinamento da sorgenti diffuse , come lo scorrimento superficiale del suolo e dei pesticidi o gli scarichi delle auto, non si è avuto alcun miglioramento della qualità dell’acqua e dell’aria. Gli inquinanti diffusi che ora minacciano laghi, fiumi, oceani e atmosfera sono più difficili da valutare e non possono essere controllati come quelli puntiformi. L’inquinamento diffuso può essere controllato solamente mediante la gestione dell’input. Si può ad esempio considerare la riduzione della quantità e della tossicità dei composti chimici usati nell’agricoltura, o il riciclaggio della carta, la rimozione dello zolfo. La gestione dei rifiuti è attualmente un argomento scottante: le discariche controllate sono ormai obsolete ed è necessario sostituirle con delle industrie per il recupero dei rifiuti. Entrano qui in gioco le scienze ambientali (connessione uomo-natura). Il temine ecologia deriva dalla parola greca oikos (casa) e da logos (studio), quindi è lo studio dell’ambiente casa, piante, animali, microrganismi ed esseri umani che vivono tutti insieme. Ecologia = studio del sistema terrestre per il sostentamento della vita. Oggi è sempre più una disciplina che enfatizza uno studio olistico delle parti che costituiscono l’unità.
CAPITOLO 2 - LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE
Per meglio comprendere i complessi sistemi che sostengono lo sviluppo della civilizzazione umana occorre ragionare in termini di livelli di organizzazione gerarchica, ovvero una disposizione entro una serie ordinata di comparti. Principio della gerarchia ecologica Su grande scala ed a partire dal basso verso l’alto, l’ambiente ecologico è così strutturato:
- organismo
- popolazione = complesso di individui di una data specie che vivono insieme in una determinata area
- (^) comunità biotica = tutte le popolazioni che vivono in una determinata area
- ecosistema o sistema ecologico = interazione tra comunità ed ambiente non vivente
- paesaggio = gruppi di ecosistemi + artefatti dell’uomo
- bioma = parte di unità regionali più ampie sia geografiche sia naturali (oceani, praterie, ecc.)
- regione biogeografiche = oceani e continenti più grandi ognuno con la propria flora e fauna
Per studiare sistemi complessi come l’ecosistema, occorre sviluppare dei modelli: versione semplificata che imita un fenomeno reale in modo tale che esso possa essere compreso e diventi spunto per possibili evoluzioni. Nella sua versione formale un modello deve avere almeno cinque componenti: proprietà – variabili di stato P forze – costituite da sorgenti esterne o da forze che guidano il sistema E vie di flusso – ci mostrano come energia e trasferimento dei materiali si collegano con le proprietà e le forze F interazioni – ci mostrano come forze e proprietà interagiscono per modificare, ampliare o controllare i flussi I anelli di feedback – ci indicano come un’uscita possa essere rimessa in circolo, per influenzare una componente o un flusso a monte L Un modello può essere utilizzato x descrivere , ad es., la produzione di smog fotochimico nel traffico urbano, oppure x rappresentare un modello di ecosistema, oppure x studiare l’evoluzione di una situazione reale ( ad es. rispondere alla domanda “cosa accade se una proprietà viene aggiunta…” , “cosa accade se una proprietà viene rimossa..”
CAPITOLO 3 - L’ ECOSISTEMA
Sir Arthur Tansley, un botanico inglese, coniò nel 1935 il termine di ecosistema per quei componenti biotici ed abiotici considerati come un tutt’uno, ovvero si riferisce a un’unità organizzata. Il concetto chiave delle sue definizioni è “l’idea di un avanzare verso l’equilibrio, che forse non viene mai completamente raggiunto, ma alla cui approssimazione si arriva quando i fattori in gioco sono costanti e stabili per un periodo di tempo lungo e sufficiente”. Modelli di ecosistemi Gli ecosistemi sono sistemi aperti, in cui le componenti entrano ed escono continuamente. Un modello grafico di ecosistema può essere rappresentato da una scatola rettangolare, che chiamiamo sistema (S) che costituisce l’area di interesse, e da due grandi imbuti che chiamiamo ambiente di entrata (AE) e ambiente di uscita (AU). Il confine di sistema si delinea in un’area di foresta o una sezione di spiaggia, il confine naturale invece si riferisce ad esempio alle rive di un lago. Ecosistema = AE ( energia è una delle componenti di entrata come: sole, il più importante, il vento, la pioggia) + S (al suo interno sorgenti di energia rinnovabile, organismi autotrofi ed eterotrofi, punti di immagazzinamento di energia, perdite di calore) + AU (energia in uscita come calore o come materia organica (cibo e prodotti di rifiuto e gli inquinanti). AE + S + AU
Ambiente di Sistema Ambiente di uscita entrata
Gli ecosistemi hanno due componenti biotiche principali:
- autotrofi = vegetali, chiamati anche produttori = autonutrienti capaci di fissare l’energia luminosa e produrre biomassa (alimento) partendo da sostanze inorganiche semplici (acqua, anidride carbonica) con il processo della fotosintesi clorofilliana. Essi occupano lo strato superiore dell’ecosistema, in corrispondenza della luce solare.
- eterotrofi = animali, animali-uomo, chiamati anche consumatori = si nutrono di altri. Essi utilizzano, modificano e decompongono il materiale organico complesso prodotto dagli autotrofi. Gli eterotrofi sono rappresentati da funghi, microrganismi, animale e uomini. In base alla sorgente di energia alimentare sono distinti in:
- erbivori , si alimentano di vegetali
- carnivori o predatori , si alimentano di altri animali
- onnivori , si alimentano sia di vegetali che di animali
- saprotrofi , si nutro di materiale organico di decomposizione (microrganismi, funghi, ecc) Gli organismi autotrofi e quelli eterotrofi sono collegati da una rete di flussi di trasferimento di energia chiamata catena alimentare. Le due classificazioni sono parallele in quanto i tre regni, piante, animali, funghi sono basati sui tre modelli di nutrizione: fotosintesi, ingestione, assorbimento. La classificazione ecologica è quindi di funzione e non di specie. Molte specie utilizzano più di una sorgente di energia, altre sono in grado di modificare il loro tipo di nutrizione, es le alghe possono essere autotrofi ed eterotrofi. Il prato e lo stagno Sulla terraferma gli autotrofi predominanti sono vegetali con radici: erbe, grosse alberi. Nelle zone costiere e nei laghi si trovano piante acquatiche con radici. Nelle acque aperte gli autotrofi sono piccoli organismi vegetali che vengono trasportati dalle correnti: il fitoplancton che comprende vari tipi di alghe, batteri e protozoi fotosintetici. A causa delle differenti dimensioni della componente autotrofa, la biomassa (peso degli organismi viventi) o lo standing crop degli ecosistemi terrestri può essere differente rispetto a quella degli ecosistemi acquatici. La biomassa dei vegetali in una foresta può essere superiore alla biomassa acquatica. Il turnover o tempo si sostituzione è il rapporto tra la biomassa di un ecosistema ed il suo tasso di sostituzione. Negli ecosistemi acquatici il tempo di turnover è notevolmente inferiore (alcuni giorni) rispetto a quello degli ecosistemi terrestri (per una foresta è di 20 anni). E’ molto importante tenere conto del tempo di ricambio delle risorse rinnovabili. Non è possibile continuare a pescare pesci dagli oceani ad una velocità superiore al loro tasso naturale di sostituzione (anche se in molti casi ciò avviene). Il mercato economico non svolge bene il suo compito quando si tratta di risorse naturali. Ecosistemi eterotrofi Nei paesaggi naturali e seminaturali che sono costituiti da una grande varietà di ecosistemi (foreste, praterie, laghi, stagno, fiumi) le attività autotrofe ed eterotrofe tendono ad un equilibrio. La materia organica prodotta viene utilizzata per la crescita della comunità; spesso questa produzione è superiore alla necessità e quindi viene immagazzinata, come la torba in una palude. Al contrario le città e le aree industrializzate consumano più alimenti di quanto non producano e per questo sono chiamati ecosistemi eterotrofi. Ambedue questi ecosistemi devono prendere alimenti ed energia dall’esterno. La capacità della natura di sostenere le nostre città ha raggiunto il limite. Bisogna progettare un nuovo modello di città basato sulla riduzione dei rifiuti e degli sprechi. L’economia può investire denaro nella gestione dei rifiuti, nel riciclaggio, nella produzione di elettricità dal solare, nell’agricoltura sostenibile,.. Componenti abiotici (componenti di un ecosistema che non hanno vita) I sistemi diventano operativi con due funzioni biotiche di base: flusso di energia e cicli dei materiali. Dal sole, o da un’altra sorgente esterna, l’energia, passando attraverso la comunità biotica e la sua catena alimentare, esce dall’ecosistema sotto forma di calore, materia organica ed organismi. Anche se l’energia può essere immagazzinata ed utilizzata successivamente, il suo flusso è unidirezionale; questo significa che una volta che essa è stata utilizzata, cioè convertita da una forma all’altra (come la produzione di biomassa a partire dell’energia solare), non può più essere utilizzata. In contrasto, i materiali (elementi e composti chimici) devono essere utilizzati e riutilizzati senza perdite poiché sono limitati. Negli ecosistemi ben ordinati molti di questi materiali vanno avanti e indietro tra la componente abiotici e quella biotica costituendo cicli biogeochimici. Fra le sostanze inorganiche semplici che si trovano in vicinanza della superficie terrestre, ve ne sono alcune essenziali per la vita: i nutrienti o sostanze biogeniche. I macronutrienti sono sostanze richieste in quantità elevate, come il carbonio, l’idrogeno, l’azoto, il fosforo, il calcio. Altri elementi si trovano in concentrazioni inferiori, anche se non sono meno importanti: i micronutrienti o elementi in tracce. Questi sono essenziali per i vegetali e per molti animali, come ad esempio il ferro, il magnesio, lo zinco, il cobalto. I carboidrati, le proteine e i lipidi insieme ad altri composti complessi costituiscono la componente organica dell’ambiente abiotico. Il detrito organico ( DOM: materia organica in soluzione; POM: materia organica in particellato) è rappresentato da frammenti e da materiali in soluzione derivati dalla decomposizione del corpo di un organismo morto. Esso è una sorgente alimentare per i
In un paesaggio a chiazze, la forma e la dimensione sono fattori importanti nel determinare quali specie di animali siano adatte a sopravvivere in quell’ambiente. Più piccola è la chiazza, maggiore è l’effetto della frammentazione e meno positiva è l’influenza del margine. L’antidoto alla frammentazione e alla formazione di molti margini è la realizzazione di ampie aree protette prima che lo sviluppi diventi eccessivo. E’ possibile mantenere zone ripariali affinchè gli animali si possano muovere da chiazza a chiazza. La varietà è fondamentale per la vita La diversità e costituita da 2 componenti:
- (^) ricchezza o varietà : esprime il numero di tipi presenti (specie, varietà genetica, categorie di uso del suolo)
- omogeneità o abbondanza relativa degli individui nei vari tipi considerati. Due comunità possono quindi avere lo stesso numero di specie, ma essere diverse riguardo all’abbondanza relativa degli individui di ciascuna specie. Ad esempio, in due comunità di dieci specie ciascuna, in una comunità tutte le specie hanno lo stesso numero di individui, mentre nell’altra vi sono alcune con pochi individui (specie rare), altre con molti individui (specie dominanti). Vi sono indici per confrontare la diversità. L’ indice di Simpson dà maggior peso alle specie comuni, mentre l’ indice Shannon dà più importanza alle specie rare. Viene utilizzato anche un grafico per rappresentare le curve di dominanza-diversità. La varietà degli organismi viventi arricchisce il nostro modo di vivere, ma è anche importante da un punto pratico: è meglio avere più di un organismo in grado di svolgere una determinata funzione vitale. Oggi c’è molto interesse per la biodiversità (varietà delle forme di vita, ruoli ecologici che esse svolgono, diversità genetica che contengono) e notevoli sforzi politici ed economici vengono fatti per proteggere le specie in pericolo d’estinzione. L’agricoltura tradizionale praticata nella maggior parte dei paesi in via di sviluppo dell’America Latina e dell’Asia fornisce le banche di geni migliori a causa dell’ampia varietà di piante da alimento coltivate. Diversità di paesaggio Un’ area può avere bassa diversità in seguito alla presenza di monoculture agricole o forestali, ma può avere un’alta diversità nel paesaggio se costituita da ecosistemi naturali numerosi. La ridondanza (ripetizione) e la stabilità di resilienza (capacità di un ecosistema di recuperare rapidamente da uno stress) sono incrementate dalla presenza nel paesaggio di un numero elevato di specie diverse - biodiversità. In ecologia oggi è dibattuto il concetto che con l’aumentare della diversità di specie, c’è un aumento della stabilità di resistenza. Tipi di ecosistemi Gli ecosistemi vengono classificati in base alle loro caratteristiche strutturali o funzionali. Di conseguenza non vi è una precisa tipologia di classificazione. In base alle macrocaratteristiche strutturali sempre presenti avremo lo schema di classificazione dei biomi – sistema diffuso basato sull’ osservazione di macrocaratteristiche strutturali presenti. (esempio vegetazione: organismi, suolo, clima) Una classificazione funzionale è data dalla categoria energia, essendo essa il maggior denominatore comune per tutti gli ecosistemi. La categoria ecoregioni porta ad un’ altra classificazione. L’ipotesi Gaia di James Lovelock Egli ha realizzato l’ ECD, un identificatore di sostanze chimiche presenti nell’ ambiente in piccolissime quantità (tracce), come ad esempio i pesticidi. Padre dell’ Ipotesi Gaia , (Gaia era un libro già pubblicato) attraverso la quale sostiene che la biosfera è una entità in grado di autoregolarsi, ed è capace di mantenere il nostro pianeta sano, controllandone l’ambiente chimico e fisico. Sistemi di controllo nella gerarchia ecologica Secondo l’ Ipotesi Gaia, la biosfera è un sistema cibernetico (l’arte di pilotare) controllato, altamente integrato-auto-organizzato. Ma la cibernetica a livello di biosfera non prevede sistemi di controllo esterni, come i termostati. Il controllo è interno e diffuso, attraverso numerosi anelli di feedback e interazioni sinergiche. L’ assenza di punti specifici di controllo fa sì che molti studiosi siano scettici sul fatto che l’ecosistema e la biosfera funzionino realmente come un sistema cibernetico.
Terra senza vita Il bacino del rame, a Coperhill nel Tennessee, ci mostra come sarebbe la Terra senza vita: assomiglierebbe alla superficie di Marte. I vapori di acido solforico provenienti dalle fonderie del rame sterminarono tutta la vegetazione. Da Coperhill traiamo una lezione economica e politica importante: quando un’ industria utilizza più della capacità di sostegno vitale di un’area e distrugge, là non sarà possibile un ulteriore sviluppo economico e altri insediamenti umani. Anche se oggi la teoria di Gaia non può essere verificata, possiamo capire l’importanza di prevenire l’inquinamento, anche quello più difficilmente rilevabile delle sorgenti diffuse o non puntiformi.
CAPITOLO 4 - ENERGETICA
L’ energia è la capacità di compiere un lavoro, cioè di fare o svolgere qualcosa. La fonte principale di energia degli eterotrofi è il cibo; per gli autotrofi è la luce e tutta l’energia solare indiretta (vento, pioggia), richieste per la fotosintesi. Il concetto di energia è comune denominatore nell’ ambito ecologico ed è anello di congiunzione tra ecosistema e sistema economico Unità energetiche Ci sono troppe unità di misura per quantificare l’energia: il watt per l’energia, le calorie per il cibo, il barile per il petrolio. Per semplificare le cose, in questo libro useremo la caloria. Useremo la piccola caloria, ovvero la grammocaloria (c) gcal e la grande caloria, chilocaloria (C) Kcal. Una gcal è uguale alla quantità di calore necessario per innalzare la temperatura di un grammo d’acqua di un grado centigrado. La kcal è 1000 volte più grande, quindi è pari al calore necessario per innalzare la temperatura di un Kg di acqua di un grado centigrado. Come punto di riferimento alle quantità numeriche che useremo per confrontare i vari flussi energetici, si ricorda che per svolgere tutte le funzioni vitali del nostro organismo sono necessarie 2000-3000 Kcal immesse sotto forma di alimenti al giorno e circa un milione di kcal ogni anno. Il joule è la quantità d’energia di lavoro richiesta per innalzare un chilogrammo all’altezza di 10 centimetri (circa 0.24 gcal); il watt è un joule per secondo. Il chilowattora è pari a 860 kcal. Non esiste alcuna unità quantitativa che esprima la concentrazione dell’energia o la qualità dei diversi tipi, i quali differiscono molto nell’abilità di svolgere un determinato lavoro. Le leggi dell’energia Le due leggi della termodinamica descrivono il comportamento dell’energia:
- 1° legge: l’energia non si crea, né si distrugge, ma si trasforma da una forma all’altra = dall’energia luminosa al cibo
- 2° legge dell’ entropia (trasformazione) : intesa come misura del disordine , intesa come quantità di energia non utilizzabile in un sistema termodinamico chiuso. Essa afferma che l’energia trasformata (l’energia in uscita) è sempre minore di quella in entrata perché c’è dispersione di calore che non è utilizzabile. Inoltre l’energia non può essere riutilizzata, a differenza dei materiali come l’acqua, i nutrienti.. Gli organismi e gli ecosistemi mantengono il loro stato di elevata organizzazione e di bassa entropia, trasformando l’energia da uno stato di utilità elevato ad uno inferiore. I sistemi viventi sembrano minimizzare la seconda legge tramite l’ autorganizzazione, per mantenere uno stato aperto, lontano dall’equilibrio. Non tutta l’entropia risulta così negativa; man mano che diminuisce la quantità di energia lungo trasferimenti successivi, la quantità rimanente di energia viene fortemente esaltata. Per sopravvivere gli ecosistemi richiedono un input continuo di energia ad alta qualità, una capacità di immagazzinamento e i mezzi per dissipare l’entropia. Questi tre fattori appartengono al maximum power principle, secondo il quale i sistemi con più possibilità di sopravvivere sono quelli che trasformano in modo più efficiente la maggior quantità d’energia in lavoro utile per se stessi e per i sistemi circostanti. Radiazione solare Luce solare: elemento fondamentale per la vita sulla Terra. Le radiazioni solari consistono di:
- luce visibile = ci permette di vedere gli oggetti ed è usata nella fotosintesi
Produttività primaria netta = quantità di materia organica immagazzinata in una pianta, al netto di quella utilizzata per il proprio metabolismo Produttività primaria della comunità = quantità che avanza dopo che la comunità biotica (autotrofi e eterotrofi) ha tratto tutto il cibo di cui necessita Produttività secondaria = immagazzinamento di biomassa a livello degli eterotrofi Quando i fattori fisici (acqua, nutrienti, clima) sono favorevoli e quando l’ energia sussidiaria proveniente dall’esterno del sistema (ad esempio vento e pioggia in una foresta pluviale) riduce i costi di mantenimento, si possono verificare alti tassi di produttività primaria, sia negli ecosistemi, sia nelle colture. Se nel futuro vogliamo continuare ad avere coltivazioni o foreste, almeno un terzo della produttività primaria deve essere conservata per l’ecosistema Energetiche Source-Sink Un corollario (Proposizione che si deduce come conseguenza logica di un'altra già dimostrata. Deduzione supplementare e conclusiva) all’energia sussidiaria è il concetto delle energetiche source-sinke : l’eccessiva produzione organica di un ecosistema ( source ) viene inviata ad un altro ecosistema ( sink ) meno produttivo. Ad esempio un estuario può esportare materia organica od organismi in acque costiere meno produttive. Trasferendo questo concetto a livello di specie, una popolazione potrebbe generare una quantità di prole superiore a quella che serve per mantenerla a livello costante nella sua aerea, e spostare l’eccesso verso una popolazione adiacente. Tipi di fotosintesi (La fotosintesi è l’insieme delle reazioni mediante le quali le piante producono sostanze organiche a partire da CO2 e H2O in presenza di luce.) Il processo fotosintetico è dato da: anidride carbonica + acqua + energia luminosa = carboidrato + acqua + ossigeno Sono l’acqua che viene ossidata e l’anidride carbonica che viene ridotta (fissata) in carboidrato a portare alla formazione di altri tipi di cibo e di materia organica. Piante C3 = la fissazione dell’anidride carbonica comincia con la formazione di composti a 3 atomi di carbonio; massima produttività di queste piante ad intensità di luce e a temperature moderate; la produttività è inibita a temperature ed esposizioni alla luce elevate. Sono responsabili della maggior parte della produttività primaria mondiale; piante come il grano, il riso, le patate Piante C4 = la fissazione-riduzione della CO2 inizia da 4 atomi di carbonio; massima produttività con luce intensa e alte temperature; piante dei deserti delle praterie nei climi tropicali, come la canna da zucchero La distribuzione mondiale della produttività primaria L’oceano è caratterizzato da una scarsità di nutrienti e i deserti da carenza di acqua. In termini di superficie, i ¾ della biosfera sono costituiti da deserto o oceano aperto e solo il 10% è ambiente naturale altamente produttivo. Grazie al fatto che le regioni poco fertili sono aree molto grandi, il totale della loro produttività è elevato. Cibo per l’uomo La produzione di cibo destinato agli esseri umani è aumentata molto negli ultimi anni grazie:
- alla crescente meccanizzazione. Si tratta di energia sussidiaria che si va ad aggiungere a quella naturale del sole : spruzzare le colture con pesticidi ha incrementato la produzione di cibo, ma ha causato anche gravi problemi come la contaminazione del cibo
- all’aumento del rapporto di resa favorito dalla selezione genetica; questo rapporto è dato dal rapporto tra la parte commestibile e non (la fibra) di un vegetale. Questo ha portato alla rivoluzione verde , che per sostenerla necessita di energie molto costose. Questi costi non possono essere sostenuti dai paesi sottosviluppati. Per aiutarli bisogna condurli al miglioramento delle forme di agricoltura attualmente in atto. I loro sistemi agricoli sono sofisticati ed efficienti dal punto di vista energetico. Per divulgare i dati sulla produzione annuale di cibo del pianeta le Nazioni Unite pubblicano ogni anno il FAO Production Yearbook; facendo il confronto fra quello del 1990 e quello del 1970, si nota che il divario tra la produzione di cibo dei paesi ricchi e quella dei paesi poveri è aumentato negli ultimi due decenni. La rivoluzione verde ha assistito molti paesi, come l’India e la Cina, nell’alimentare le loro popolazione; ma a trarre vantaggio sono stati i grandi proprietari terreni: i
poveri, invece, diventano sempre più poveri. La fame nel mondo potrebbe essere evitata se i paesi sviluppati si adoperassero per migliorare l’uso e la distribuzione delle risorse e dei suoli e per ridurre il tasso delle nascite. Il padre della Rivoluzione verde, Norman Borlaug, ci ricorda che l’incremento del rendimento delle coltivazioni ha permesso di guadagnare un po’ di tempo affinché la popolazione mondiale possa stabilizzarsi. Gli sforzi sarebbero futili in assenza di una riduzione nella crescita della popolazione Cibo per gli animali domestici C’è da considerare la grande quantità di cibo che viene consumata dagli animali da allevamento. Inoltre gli animali domestici (bestiame) consumano di più rispetto agli esseri umani, poiché la biomassa delle coltivazioni destinata al bestiame mondiale, è superiore di 5 volte a quella destinata agli esseri umani. A questi si aggiungono gli alimenti per animali domestici quali gatti, uccelli e cani che consumano una buona quantità di cibi di alta qualità. Cibo proveniente dal mare Meno del 5% del cibo consumato dagli esseri umani proviene dagli ecosistemi acquatici. Le percentuali sono più elevate in Giappone, nell’Asia del sud est e nell’America del Nord. Molti biologi marini ritengono che non sarà possibile aumentare ulteriormente la raccolta di organismi marini in modo naturale e occorre sviluppare una coltivazione artificiale o acquacoltura. Il problema è che nel pianeta non vi sono grandi aree adatte ad essa e che pesci e molluschi sono sensibili ai cambiamenti climatici. Inoltre, come nella agricoltura, i rendimenti più alti sono ottenuti attraverso la somministrazione di energia sussidiaria. La produzione di combustibili e fibre L’umanità dipende molto dalla produttività primaria non solo per ottenere prodotti agricoli commestibili, ma anche per le fibre (cotone e carte) e i combustibili. Nei paesi più poveri il legname viene bruciato più velocemente rispetto al suo tempo di sostituzione, favorendo così la deforestazione La ripartizione energetica nelle catene alimentari Se nel futuro vogliamo continuare ad avere coltivazioni o foreste, almeno 1/3 della produttività primaria deve essere conservata per l’ecosistema. Nella catena alimentare l’energia solare viene trasformata passo per passo prima dai produttori (piante) poi dai consumatori secondari (carnivori) e cosi via. Ogni passaggio di questa catena si chiama livello trofico : cioè un livello energetico e non di specie, perché una specie può occupare più di un livello trofico (ad esempio gli esseri umani sono sia erbivori che carnivori). Data la perdita di energia ad ogni passaggio, il livello trofico successivo ne contiene meno. Nelle comunità biotiche naturali il flusso energetico non è un processo lineare come erba-mucca- uomo, ma coinvolge una rete complessa di flussi chiamata rete alimentare. La biomassa prodotta da vegetali può diventare disponibile per i consumatori o sotto forma di materia vivente o di materia morta (detriti). Su questa base si distinguono due percorsi:
- (^) catena alimentare di pascolo : è la biomassa prodotta dai vegetali sotto forma di materia vivente
- catena alimentare di detrito : è la biomassa prodotta dai vegetali sotto forma di materia morta (detriti) distinta in:
- materia organica disciolta (DOM) : la materia organica formatasi dalla produttività primaria è in forma liquida; utilizzata dalle cellule vegetali viventi dai fiori dai sistemi vascolari
- materia microbica della DOM : processo importante in ambiente marino e usata dagli insetti e dagli uccelli che si cibano di nettare La parte di energia della produzione primaria netta che fluisce lungo questi tre processi primari varia a seconda degli ecosistemi e delle diverse condizioni. Reward feedback : quando un organismo “a valle” del flusso energetico esercita un effetto sulla sua riserva alimentare a “monte”, siamo in presenza di un’azione a feedback, chiamato appunto reward feedback. Ad esempio i vasti greggi di antilopi delle pianure dell’Africa orientale facilitano la produzione di erba; oppure se un cervo viene ucciso da un puma non trae beneficio dalla sua
Per avere il valore dell’energia netta positivo, il rendimento deve essere maggiore di almeno due/ quattro volte rispetto a quello dell’energia richiesta per sostenere il sistema. Gli attuali impianti di fusione nucleare sono costosissimi e l’energia netta è scarsa. La tendenza deve essere quella di non dipendere solo da una fonte di energia: ad es. l’energia solare può essere ottima x il riscaldamento domestico, mentre x produrre l’energia richiesta dalle industrie si potrebbe utilizzare energia ad alta concentrazione, come il petrolio. Energia e denaro Il denaro e l’energia sono correlati xchè l’energia è necessaria x produrre denaro e questo serve x pagare l’energia. Anche quando si parla di energia naturale entra in gioco il denaro quando una fonte naturale viene convertita in beni e servizi da mettere sul mercato. Il denaro oggi appare fondamentale quando occorre prendere decisioni a molti livelli della società. Ricordiamoci, però, che il nostro sistema monetario non prende in considerazione tutti i costi reali della vita: quando si tratta della qualità della vita umana, i soldi e il consumo dei prodotti antropici di mercato, non sono gli unici fattori determinanti.
CAPITOLO 5 - CICLI BIOGEOCHIMICI E CONDIZIONI FISICHE DELLA VITA
Il ciclo idrologico L’acqua è una componente di grande importanza x sostenere la vita. Grazie al suo ciclo, essa viene cmq restituita all’ecosistema attraverso la pioggia. Precisamente il ciclo dell’acqua ( ciclo idrologico ) ha due fasi:
- ascendente → sostenuta dall’energia solare
- discendente → rilascia energia (= beni e servizi) a laghi, fiumi, zone umide ed esercita del lavoro utile che fornisce benefici diretti per l’uomo come l’energia idroelettrica. La maggior qu/tà delle precipitazioni proviene dall’acqua evaporata dal mare. La quantità di acqua che evapora dal mare è maggiore rispetto a quella che vi ritorna sotto forma di precipitazioni, mentre il contrario avviene per la terraferma. Oggi l’uomo accede anche a un’altra riserva di acqua generata dalla pioggia: si tratta della pioggia preistorica conservata negli acquiferi fossili sotterranei. Il dilemma dell’acquifero di Ogallala Le più grosse riserve di acque sotterranee si trovano negli acquiferi : strati porosi sotterranei, spesso di calcare, sabbia o ghiaia, legati da roccia impervia o da argilla, che trattengono l’acqua come un condotto o come una cisterna. Molti acquiferi non sono ricaricati: il prelievo eccede la ricarica. Un esempio è l’acquifero di Ogallala (USA) che permette di irrigare la produzione di cereali negli altopiani del Texas, Kansas, ecc; l’acqua fossile e i combustibili fossili, necessari per il pompaggio dell’acqua, hanno creato una economia miliardaria, destinata ad una depressione quando questo acquifero scomparirà per lo sfruttamento insostenibile. Conseguenze: spopolamento umano e ricomparsa di tempeste di polvere. Salinizzazione Oltre ad esaurire le scorte di acque sotterranee, l’irrigazione può causare effetti dannosi come la salinizzazione: accumulo di sali derivati dall’acqua che evapora dai campi con perdita di suoli coltivabili. Usare il sale (cloruro di sodio) sulle strade per rimuovere neve e ghiaccio ci porta a distruggere gli alberi e la vegetazione ai lati della strada e l’infiltrazione del sale nella poca acqua sotterranea che rimane, oltre a causare la corrosione dei cavi elettrici e delle linee telefoniche, mette in pericolo la salute dell’uomo. Cicli biogeochimici I cicli biogeochimici ( bio → si riferisce agli organismi viventi; geo → alle rocce, suolo, aria, acqua) sono i percorsi degli elementi chimici dall’ambiente agli organismi e da questi di nuovo all’ambiente. La geochimica , quindi, riguarda la composizione chimica della crosta terrestre, degli oceani, dei fiumi, ecc e possiamo definirla come lo studio dello scambio, cioè il passaggio avanti e indietro, dei materiali tra le componenti viventi e non viventi della biosfera. Per la ciclizzazione dei materiali occorre energia ed il riciclo naturale è autosufficiente, sostenuto dall’energia solare. Quando l’uomo, invece, realizza un riciclo artificiale deve far sì che l’energia
impiegata abbia un costo inferiore al valore del prodotto riciclato. In natura gli organismi tendono ad accumulare e riciclare quegli elementi vitali, come il fosforo, che sono scarsi rispetto alla loro richiesta. Come accade x l’acqua, i circa 24 elementi nutrienti essenziali (carbone, azoto, fosforo, calcio..) non sono distribuiti in modo omogeneo ma si trovano in compartimenti o pools , caratterizzati da vari tassi di scambio fra di loro. Esistono pools di riserva di grandi dimensioni, alcuni lenti negli scambi ed altri piccoli, ma molto attivi negli scambi con gli organismi. Il processo di decomposizione non rilascia solo minerali, ma anche dei sottoprodotti organici che potrebbero influire sulla disponibilità dei minerali stessi per gli autotrofi. Di questo tipo è quel processo conosciuto come chelazione in cui le molecole “afferrano” il calcio, il ferro.. I minerali chelati sono più solubili e spesso meno tossici rispetto ad altri sali inorganici dello stesso elemento. Due tipi fondamentali di cicli I cicli biogeochimici sono suddivisi in:
- tipo gassoso (esempio il ciclo dell’azoto) = pool di riserva localizzato nell’atmosfera
- tipo sedimentario (esempio il ciclo del fosforo) = pool di riserva nei suoli della crosta terrestre Ciclo dell’ azoto (N) Comprende il processo di:
- denitrificazione = immette l’azoto nell’aria
- fissazione dell’azoto = conversione di azoto gassoso in elementi come ammoniaca, direttamente utilizzabili dagli autotrofi In questo ciclo, microrganismi specializzati ( batteri) giocano un ruolo molto importante x mantenere in vita il nostro sistema: infatti l’azoto è un elemento base per tutte le forme di vita, ma la sua fissazione richiede un grande dispendio di energia. Ciclo del fosforo (P) Il fosforo è fondamentale per le trasformazioni energetiche che distinguono il protoplasma vivente dalla materia non vivente; considerando la sua domanda, è da considerarsi raro sulla superficie terrestre. E’ necessario migliorare l’efficienza della ritenzione e del riciclo del fosforo nei sistemi agricoli: questo non solo per conservare le riserve, ma anche per ridurre l’ inquinamento che deriva dallo scorrimento delle acque superficiali e di quelle sotterranee. L’alternativa sarebbe recuperare il fosforo dalle profondità oceaniche ma ciò costerebbe troppo. Ciclo dello zolfo (SO2) È un altro esempio di come l’interazione uomo-ambiente influenza la disponibilità di un elemento. La prima tappa del suo ciclo avviene ad opera delle piante; poi altre tappe ad opera di microrganismi specializzati e l’ultima tappa rappresenta la conversione dello zolfo da una forma non disponibile ad una disponibile, solfuro di ferro, x gli esseri viventi. Risorse nel posto sbagliato Sia il ciclo dello zolfo che quello dell’azoto sono coinvolti nell’inquinamento atmosferico delle aree urbane e industriali. Gli ossidi di azoto e dello zolfo sono dei gas tossici che normalmente sono stadi intermedi all’interno dei loro rispettivi cicli. La combustione del carbone, le combustioni industriali e lo scarico delle automobili sono le principali fonti di immissione di questi gas tossici nell’atmosfera. Essi sono dannosi per la fotosintesi. Inoltre, associati al vapore acqueo provocano le piogge acide con danni enormi all’ ecosistema (es.: danni agli alberi della Foresta Nera in Germania) ed all’ apparato respiratorio di tutti gli organismi, uomo compreso. Le reazioni chimiche con altri inquinanti danno il fenomeno del sinergismo , nel quale l’effetto totale di un’interazione supera la somma degli effetti di ciascun fattore preso singolarmente. Esempio di sinergismo: in presenza della luce ultravioletta, il biossido di azoto reagisce con gli idrocarburi incombusti prodotti dalle auto con la conseguente produzione di smog fotochimico gravemente dannoso per la salute umana L’ozono, un’ erba infestante chimica Un’erba infestante è una pianta che si trova nel posto sbagliato. L’ozono è indispensabile, ma diventa “un’erba infestante chimica” se anziché trovarsi nella stratosfera ( dove è utile xchè ci fa da scudo contro le radiazioni ultraviolette) si trova nella parte bassa dell’atmosfera; questo fatto, conseguenza dell’attività antropica, è particolarmente grave anche xchè riduce l’attività fotosintetica. Il sinergismo con le piogge acide rende la situazione ancora più grave.
meno applicabili quando le condizioni sono transitorie: in questi casi la strategia utile per ridurre l’inquinamento riguarda la riduzione del maggior numero possibile di sostanze tossiche. Compensazione dei fattori Gli ecotipi sono razze geografiche di una stessa specie che si sono adattate localmente, con diverse forme di crescita e con limiti di tolleranza diversi per temperatura, nutrienti, luce… Essi possono derivare da una compensazione di fattori senza fissazione genetica (acclimatate) o con fissazione genetica. Bisogna tenere conto della fissazione genetica per ottenere risultati positivi nei ripopolamenti degli ecotipi a bassa densità di popolazione. Infatti, molte specie hanno limiti di tolleranza molto ristretti e sono molto sensibili al cambiamento: oggi alcune specie vengono usate come indicatori ecologici ( bioindicatori ) dei cambiamenti nelle condizioni ambientali, e quindi, utilizzate negli studi sull’inquinamento ambientale. Orologi biologici Gli organismi non solo si adattano all’ambiente fisico ma utilizzano anche i cicli naturali per regolare le loro attività. Fanno questo attraverso gli orologi biologici : meccanismi fisiologici per misurare il tempo. La manifestazione di base è il ritmo circadiano : capacità di regolare e di ripetere funzioni ad intervalli di circa 24 ore. E’ questo ritmo che viene sconvolto quando soffriamo di fuso orario. Il fotoperiodo , o lunghezza del giorno, è un parametro utilizzato dagli organismi per regolare le attività stagionali nelle zone temperate. Fornisce indicazioni stagionali e latitudinali (variazione stagionale aumenta all’aumentare della latitudine). Il fotoperiodo è l’orologio che scatena la crescita e fioritura di molte piante, la migrazione di uccelli, la diapausa (riposo) negli insetti, ecc. La lunghezza del giorno viene percepita attraverso un recettore come l’occhio negli animali o attraverso pigmenti nelle piante, il che attiva delle risposte fisiologiche o comportamentali. Questa regolazione di parametri temporali può venir alterata dalla manipolazione sperimentale e artificiale. Gli incendi come fattore ambientale Gli incendi naturali ( causati dai fulmini) o causati dall’uomo, non sempre sono nocivi: ad es. gli incendi controllati possono rivelarsi uno strumento utile nella gestione di alcuni tipi di foreste e praterie. Infatti, un esempio che dimostra chiaramente l’utilità degli incendi è quello che avviene in alcune praterie dove esiste una vegetazione che si è adattata agli incendi: si tratta dell’erba che ha valore di pascolo e che cresce rigogliosa dopo un incendio, prendendo il posto dei meno utili arbusti. È importante distinguere tra:
- incendi superficiali = innocui ma estesi, che sono caratteristici degli ecosistemi adattati agli incendi: sono un fattore degli ecosistemi naturali originato dai fulmini.
- incendi a corona (delle chiome) = provocati dall’uomo e che portano disastri Il suolo come risorsa Aria (atmosfera) + acqua (idrosfera) + suolo (pedosfera) = biosfera Anche sul suolo, come abbiamo visto x aria e acqua, influisce l’attività antropica. La sua biodiversità è data da microrganismi (batteri, funghi..) e invertebrati (zecche, acari..). Il suolo è l’indicatore migliore per valutare lo stato di salute di tutto l’ambiente: mantenendo la qualità del suolo è sostenibile tutto ciò che viene svolto in superficie (vegetazione, agricoltura, silvicoltura). Il suolo è distinto in strati distinti che differiscono per colore: orizzonti del suolo. Orizzonte A = suolo superficiale ; materia organica; in termini di ciclo dei nutrienti è diviso in due pools: il primo labile e attivo è sorgente di nutrienti per le piante. Il secondo stabile e meno attivo è fatto di humus, importante per la qualità del suolo Orizzonte B = materia organica mineralizzata, ovvero decomposta in inorganica Orizzonte C = materiale originario eroso : materiale geologico originario La sequenza degli orizzonti dalla superficie alla profondità è detta profilo del suolo. Lo sviluppo del suolo Col passare del tempo i suoli giovani passano ad una fase avanzata, accumulando materia organica: la maturità è raggiunta con lo stato approssimativamente stabile ( secondo tempi che vanno dai 100 ai 2000 anni), fino ad invecchiare secondo tempi nell’ordine delle migliaia d’anni. Tipologia dei suoli più importanti
Entisol : suoli più giovani. Suoli migliori a livello agricolo: alfisols : suoli forestali moderatamente dilavati e mollisols : suoli prateria ¾ dei suoli del pianeta non sono adatti all’agricoltura intensiva se non trattati con fertilizzanti e acqua. Erosione naturale ed erosione di origine antropica L’erosione del suolo per azione dell’acqua o del vento avviene molto lentamente ( ordine delle migliaia di anni) ed è accompagnata da grossi spostamenti causati da alluvioni, eruzioni vulcaniche, ecc. Le aree che perdono i suoli con velocità maggiore rispetto della loro formazione, soffrono di produttività ridotta. L’uomo con le proprie attività (es. → agricoltura intensiva ) tende ad accelerare l’erosione del suolo causando danni significativi. È necessaria un’etica di conservazione del suolo, +ttosto che la sua gestione come una azienda economica: diversamente, se il tasso di degrado continuerà, sarà difficile conciliare le nostre necessità e le nostre richieste di maggiori quantità di prodotti alimentari con la diminuzione delle estensioni di superfici coltivabili. Agricoltura sostenibile La gravità di queste minacce porta ad utilizzare l’ agricoltura conservativa , che anziché distruggere il suolo cerca di formarlo, attraverso il mantenimento della copertura vegetale e della diminuzione dell’aratura. Rifiuti tossici: la sventura delle società industriali L’introduzione massiccia nell’ambiente di composti tossici, quali pesticidi e materiali radioattivi, ha portato danni alla salute dell’uomo (esempio la diossina di Seveso). Un gran numero di sostanze chimiche vengono rilasciate nell’ambiente disturbando il sistema endocrino degli animali, uomo compreso ( cfr carcinomi, diminuzione della fertilità, ecc): si tratta di rifiuti industriali ad altissima tossicità la cui gestione e il cui riciclaggio devono avere priorità in tutto il mondo. Tra i maggiori pericoli la contaminazione delle acque sotterranee, difficilmente purificabili. Riduzione delle sorgenti e internalizzazione dei costi Necessario sostituire gli agenti chimici più tossici. Inoltre il costo della gestione dei rifiuti tossici, deve essere internalizzato, diventare cioè parte del costo totale della produzione. Il modello stress-sussidio Da tutto ciò che si è detto risulta chiaro che la civilizzazione spesso ha un forte impatto sull’ambiente: il “disturbo antropico” a bassi livelli può amplificare la risposta degli ecosistemi ma a livelli elevati lo degrada. Pensiamo all’utilizzo massiccio di fertilizzanti, pesticidi, all’aumento della temperatura , della CO2, ecc. che possono portare all’estinzione della vita in un ecosistema.
CAPITOLO 6 - ECOLOGIA DI POPOLAZIONE
Fino qua abbiamo:
- trattato le forze fisiche e chimiche della terra
- (^) delineato come l’energia scorre dal sole attraverso gli ecosistemi, gli oceani, le terre coltivate e come i flussi di energia combustibile guidati dagli esseri umani modificano e interagiscono con la biosfera
- considerato i cicli dei materiali e come gli organismi siano limitati da fattori quali la temperatura, le radiazioni solari, le sostanze nutrienti ed altri fattori abiotici
- sottolineato che gli organismi modificano e addirittura regolano l’ambiente fisico Ora trattiamo l’interazione di organismi con altri organismi trattando i livelli di organizzazione individuale, di popolazione e di comunità (vedi capitolo 2). La selezione naturale ed i meccanismi genetici operano a questi livelli per determinare cambiamenti evolutivi nelle specie. Forme di crescita di una popolazione Essa è un gruppo di organismi della stessa specie che occupano una determinata area. Hanno vari attributi:
- densità = dimensione della popolazione per unità di superficie
- natalità o tasso di nascite
- mortalità o tasso di morti
Diversità genetica Mantenere la diversità genetica è fondamentale per la sopravvivenza di una specie. Alcune specie possono diventare in pericolo di estinzione se le dimensioni della popolazione diventano piccole e si sviluppa una strozzatura genetica (vedi capitolo 7) → da evitare è l’ isolamento che non permette lo scambio genetico. Dinamica della metapopolazione È un livello posto, nella gerarchia ecologica, tra quello di organismo e quello di popolazione. Gruppi di individui di molte specie si presentano in macchie separate di habitat favorevole separate da habitat sfavorevole, ma collegate tramite la diffusione. Secondo la teoria della metapopolazione, i gruppi di individui in ogni macchia distinta si estingueranno ad un certo punto nel tempo, ma la macchia sarà ricolonizzata da individui di un piccolo territorio vicino. Conseguentemente la sopravvivenza delle specie può dipendere + dalla loro capacità di emigrare/immigrare +ttosto che dalle nascite e dai decessi all’ interno di un territorio. Crescita demografica della popolazione umana La demografia umana ha sperimentato quasi tutti i tipi di forma di crescita immaginabili, compresa la crescita negativa (Morte Nera: peste del quattordicesimo secolo). La sua storia è caratterizzata da due periodi di crescita rapida: 8000 anni fa con lo sviluppo dell’agricoltura (Rivoluzione Agricola); circa 200 anni fa con la Rivoluzione Industriale, i progressi della medicina , la colonizzazione di nuove terre, ecc. Un buon modo per visualizzare la crescita demografica è quello di determinare il tempo di raddoppiamento : numero di anni necessari alla densità di popolazione di raddoppiare (attualmente la popolazione mondiale sta crescendo ad un tasso dell’1,8 % , cioè si raddoppia in ca 30/35 anni, con punte massime del 3 % nei Paesi in via di sviluppo e dell’1% nei Paesi sviluppati). Molti sociologi ed economisti credono alla cosiddetta transizione demografica : idea che la crescita demografica subisca un rallentamento allorché la popolazione diventi più ricca e meno dipendente dai propri figli per il lavoro ( con l’aumentare del benessere la gente tende ad avere meno figli e ad impiegare le proprie energie e risorse finanziarie x migliorare la qualità di vita). Il problema della popolazione è quindi, secondo questa teoria, economico. La maggior parte dei demografi crede che i paesi sovraffollati debbano prendere provvedimenti politici per controllare la crescita della popolazione come sta facendo la Cina. Interazione tra due specie L’effetto che una specie può avere sulla crescita demografica e sul benessere di un’altra specie può essere negativo (-), positivo (+) o neutro (o). Quindi, le popolazioni di 2 specie possono interagire secondo varie combinazioni:
- Competizione (- -) : entrambe le popolazioni hanno un effetto negativo l’una sull’altra xchè lottano per conquistare la stessa cosa. Il risultato porta ad una diminuzione della densità delle due comunità. Competizione intraspecifica : quando la competizione avviene all’interno della stessa specie; competizione interspecifica : tra due specie. La competizione ha aspetti negativi e positivi. Se essa è molto forte una specie può essere eliminata o obbligata ad occupare un altro spazio o ad usare risorse diverse → esclusione competitiva; s e le due specie riescono a vivere insieme con densità ridotta e dividendo le risorse disponibili → coesistenza. In natura l’esclusione è l’eccezione, mentre la coesistenza è la regola;
- Predazione (+ per il predatore e – per la preda): svolge un ruolo importante nell’economia della natura (es. spesso alcune specie aumentano di numero fino al punto di superare la capacità del loro habitat e il predatore finisce con “migliorare” la vita della popolazione preda) ed è spesso vantaggiosa per l’economia dell’uomo (ad es. permette di controllare gli insetti nocivi). Ma un predatore può essere fortemente limitante fino al punto di ridurre la popolazione preda all’estinzione o quasi. I predatori non solo hanno effetti positivi e negativi, ma influenzano anche la composizione dell’intera comunità: anche x questo l’uomo deve essere molto attento xchè con la sua interferenza rischia di distruggere gli equilibri di un ecosistema. La rimozione degli individui della specie dominante da parte dei predatori, spesso apre l’habitat ad altre specie, aumentando così la biodiversità della comunità: ma questo non è sempre vero. L’ erbivoria : quando la preda è una pianta ed il predatore un’animale erbivoro. Le piante ( non potendo sfuggire scappando o nascondendosi !) si difendono producendo spine, repellenti
chimici, sostanze velenose. Gli erbivori, naturalmente, sviluppano modi per disintossicarsi. Lo studio del rapporto pianta-erbivoro sta diventando un’industria in crescita nell’ecologia e nella biochimica, a causa dell’incredibile serie di sostanze chimiche complesse che le piante producono e che possono risultare utili anche all’uomo;
- Parassitismo (- per ospite e + per parassita): a differenza del predatore, il parassita è un piccolo organismo che vive dentro o sopra un ospite, utilizzandolo come fonte energetica e come habitat. Sebbene il parassitismo e la predazione siano simili in termini di interazioni ecologiche (+ -) vi sono delle differenze. Gli organismi parassiti generalmente hanno tassi riproduttivi più alti e hanno una superiore specificità dell’ospite (molti parassiti possono vivere soltanto in una o poche specie: l’interazione è quindi limitante per entrambe le popolazioni). Inoltre il parassitismo porta ad una maggiore specializzazione nella struttura, nel metabolismo e nel ciclo vitale
- Commensalismo (+ o), protocooperazione (+ +), mutualismo (+ +): sono interazioni positive che in natura sono molto diffuse e importanti nella selezione naturale. Il commensalismo : è un tipo semplice di interazione positiva in cui una specie trae vantaggio e l’altra non ne è influenzata. E’ comune tra i piccoli organismi mobili e quelli sessili (ancorati al substrato) + grandi. La p rotocooperazione : le due specie si avvantaggiano l’un l’altra, ma non sono essenziali per la sopravvivenza reciproca. Il m utualismo : la relazione è così stretta da risultare irreversibile e necessaria alla sopravvivenza di entrambe le specie. E’ estremamente diffuso e importante: spesso, infatti, avvantaggia anche l’ecosistema nel suo insieme. Un esempio è il mutualismo tra le piante e i microrganismi che fissano l’azoto (micorrize): esso avvantaggia i partners, ma ha anche un ruolo chiave nel ciclo dell’azoto che sostiene la vita. Molti casi di mutualismo coinvolgono un autotrofo e un eterotrofo; il primo opera la produzione con la fotosintesi, mentre il secondo fornisce protezione e nutrienti all’organismo autotrofo. Esempio sono: le micorrize, i coralli, il mutualismo fungo-radice. I licheni sono formati da alghe e funghi mutualistici così strettamente associati che vengono considerati come un’unica specie. Mutualismo di rete : in una rete alimentare gli effetti indiretti di una specie sull’altra possono essere importanti. Nelle reti alimentari gli organismi che si trovano all’apice e alla base di ogni serie, pur non interagendo direttamente si avvantaggiano l’un l’altro indirettamente. Ad es. il pesce persico si avvantaggia mangiando pesci plantofagi, che sono sostenuti dal plancton, mentre il plancton trae vantaggio in quanto il pesce persico riduce la popolazione dei suoi predatori. In una rete alimentare esistono sia interazioni negative che positive.
CAPITOLO 7 - SVILUPPO ED EVOLUZIONE DEGLI ECOSISTEMI
Le comunità biotiche attraversano un percorso di evoluzione un po’ come accade x i singoli organismi. Successione ecologica o sviluppo dell’ecosistema : sviluppo della comunità nell’arco di un breve periodo (1000 anni o meno), che comporta cambiamenti sia negli organismi sia nell’ambiente fisico. Evoluzione organica : cambiamenti che avvengono in tempi geologici (milioni di anni) Nei cambiamenti della successione ecologica, quello che è difficile è conoscere l’esistenza di modelli ben definiti che, in assenza di importanti interferenze, siano prevedibili. Quando un’area diventa disponibile allo sviluppo della comunità (un campo coltivato viene abbandonato o lasciato incolto) piante e animali la colonizzano in una serie di stadi successivi. Gradualmente si sviluppano ulteriori comunità permanenti finché non si arriva alla fase matura o stadio climax ( o comunità climax o climax ) metabolicamente equilibrata. La composizione biotica della comunità climax è determinata da fattori quali il clima, il suolo e le condizioni idriche. Teoria della successione: una breve storia Oggi è generalmente accettato il concetto che vede la successione ecologica come un processo in cui interagiscono sia le piante ( organismi autotrofi) sia gli animali e i microrganismi ( eterotrofi). Si tratta di un processo bifase: i primi stadi, o fasi pioniere , sono casuali (stocastici) nel momento
