L'ossigeno come fattore abiotico fondamentale per la vita, eCampus Università

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Corso di Laurea: Scienze Biologiche Insegnamento: Ecologia Numero lezione: 6 Titolo: l'ossigeno Psicologia

L'ossigeno

Uno dei fattori abiotici che maggiormente caratterizza la vita,come noi la intendiamo, è l'ossigeno. È il principale combustibile delle reazioni di ossidazione delle sostanze organiche nella stragrande maggioranza degli eventi. L'ossigeno è presente in atmosfera ad una concentrazione abbastanza elevata, circa 21%; ragionevolmente, negli ambienti terrestri non è un fattore limitante. Sono pochi gli ambienti terrestri in cui l'ossigeno è poco e non permette la vita rilassata di tutti gli organismi, ci sono la Valle delle morti caratterizzate da questo o la Grotta del cane a Pozzuoli dove l'ossigeno, nella parte bassa del piccolo tunnel dove si cammina, è poco e per questo muoiono i cani. L'ossigeno può diventare un fattore limitante nell'ambiente acquatico, perché in questo ambiente l'ossigeno è presente a diverse concentrazioni che dipendono, per esempio, dalla temperatura. Maggiore sarà la temperatura e minore sarà la quantità di ossigeno nell'acqua. Nel grafico della slide 3 si vede una curva di saturazione dell'ossigeno in acqua pura in funzione della temperatura. Come potete vedere si passa da 14 milligrammi per litro a zero gradi, a sette. L'ossigeno varia di concentrazione anche con la salinità e quindi la concentrazione di ossigeno in acqua dolce è maggiore rispetto all'acqua di mare, proprio per il contenuto elevato di sale. All'aumentare della temperatura, la risposta delle acque dolci e acque salate è analoga. C'è una diminuzione che è molto consistente nelle acque salate.

L'ossigeno varia ciclicamente nei vari posti per via della struttura della Terra, ci sono ritmi nictemerali: variazioni giorno e notte dovute alle variazioni di temperatura, e alle variazioni di attività fotosintetica e di tasso metabolico; l'ossigeno varia a seconda dei ritmi stagionali: in laghi e zone costiere durante le fasi di stagnazione, nei mari chiusi soggetti a forte evaporazione. Nei laghi che si ghiacciano non ci sarà un ricambio di ossigeno perché la superficie è ghiacciata, l'ossigeno entra nell'acqua per diffusione superficiale. Questo è uno dei limiti della presenza di ossigeno, perché entra principalmente per dissoluzione ed è poco solubile, non è molto disponibile in acqua. La quantità di ossigeno, in acqua, viene incrementata dalla presenza delle piante proprio perché è un sottoprodotto dell'attività 1 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co)- C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.it

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Variazioni dell'ossigeno

fotosintetica. L'ossigeno aumenta all'aumentare della corrente e della increspatura superficiale perché questo aumenta la superficie di diffusione dell'acqua. L'ossigeno diminuisce all'aumentare della temperatura e della salinità. In realtà esistono delle congrue variazioni di ossigeno anche negli ambienti terrestri perché, per esempio, varia con l'altitudine. Come si vede da grafico nella slide 7 e come ben sanno quelli che vanno in alta montagna, man mano che si sale la concentrazione di ossigeno si riduce. Partendo da Città del Messico che è a più di 2000 metri di altitudine, quando si arriva all'altitudine del monte Everest la concentrazione di ossigeno è significativamente ridotta.

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L'utilizzo dell'Ossigeno nei viventi

L'ossigeno è il combustibile per la maggioranza delle reazioni metaboliche degli organismi viventi, ma in realtà l'utilizzo dell'ossigeno è differenziato. Ci sono alcuni organismi che sono in grado di utilizzarlo ed altri no. Gli AEROBI sono organismi (la maggioranza sulla Terra) che utilizzano l'ossigeno per svolgere le loro attività metaboliche. Gli ANAEROBI non utilizzano l'ossigeno per le loro attività metaboliche. Alcuni anaerobi vengono definiti Obbligati (per cui l'ossigeno è veleno) anche piccole concentrazione di ossigeno sono in grado di danneggiare questi organismi. Ci sono gli anaerobi Facoltativi che lo possono utilizzare o non lo possono utilizzare a seconda del contesto ambientale. Anche negli organismi anaerobi possiamo talvolta rilevare delle forme di anaerobiosi come quella dell'ANAEROBIOSI FUNZIONALE del muscolo in esercizio. Quando corriamo troppo e continuiamo a forzare l'attività muscolare, il muscolo non arriva ad avere la quantità di ossigeno necessaria e lavora in anaerobiosi. Il lavoro in anaerobiosi è quella che ci fa riempire il muscolo di acido lattico che ci fa sentire dolore e ci dobbiamo fermare. Esiste anche una ANAEROBIOSI AMBIENTALE per gli organismi normalmente aerobi si trovano in condizioni di O2 limitato per brevi periodi di tempo. Questo è quello che succede ai piccoli animali della zona intertidale, agli invertebrati e pesci di piccoli laghi stratificati e pozze che si ricoprono di ghiaccio, che devono riuscire a sopravvivere nei periodi in cui l'ossigeno è scarso. Gli anaerobi sono gli organismi che hanno un metabolismo energetico indipendente dall'ossigeno. Gli anaerobi Facoltativi sono quelli che riescono ad utilizzare certe volte l'ossigeno, sono in grado di effettuare la fosforilazione ossidativa ma l'utilizzo dell'ossigeno non è condizione obbligata né per la crescita né per la moltiplicazione. Gli Anaerobi Obbligati non sono in grado di effettuare la fosforilazione ossidativa (solfobatteri). La sensibilità alla presenza di O2 è caratteristica degli anaerobi, ma esistono grandi variazioni di tolleranza, la soglia di inibizione varia da organismo a organismo. Ci sono gli Anaerobi stretti che vengono inibiti da concentrazioni di O2 al di sotto della soglia di rilevamento del metodo (bacillo del tetano), invece i Microaerofili tollerano basse concentrazioni di O2 nel mezzo.

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Tipi di anaerobi

Gli ANAEROBI sono microrganismi che possono essere Ciliati, Tricomonadini, Flagellati, Rizomastigini e Diplomonadini. I Metazoi anaerobi non esistono, però ci sono piccoli organismi sabulo-limicoli e parassiti intestinali che vivono in ambienti poveri di O2 tollerano concentrazioni molto basse nel mezzo per periodi piuttosto lunghi. Ne è un esempio Gnathostomula paradoxa, Gnatostomulide; un organismo marino di piccole dimensioni (0,5 /3 mm), vive tra le particelle di sabbia e di limo in spiagge fangose anaerobie. Gli organismi resistono alla carenza di ossigeno producendo forme resistenti (cisti, gemmule di spugne, statoblasti di briozoi) o con la presenza di emoglobina. Esistono larve di insetti. come quella dei Chironomidi ed alcuni molluschi, che sono rossi per la presenza di emoglobina.

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L'Ossigeno nell'ambiente

L'ossigeno si può valutare come BOD (Biological Oxigen Demand) che è la quantità di ossigeno consumata dagli organismi presenti in un campione di acqua di 1 litro, a 20℃ per 20 giorni (si chiama BOD) o per 5 giorni e si chiama (BOD5 ). Il BOD misura la comunità che vive nel campione di acqua e la quantità di ossigeno necessaria per il mantenimento della comunità. Per l'acqua potabile, per cui ci auguriamo che non ci sia nessun microrganismo, il BOD5 è < 5mg per legge. L'ossigeno si può valutare come COD (Chemical Oxigen Demand) che è la quantità di ossigeno consumata dai processi di ossidazione chimica durante una digestione di 2 ore a caldo in presenza di dicromato di potassio e acido solforico 0,25N. Questo indica la quantità di ossigeno necessaria per fare delle ossidazioni. Entrambe le valutazioni danno la misura della contaminazione organica dell'acqua di un campione d'acqua, estremamente importati non solo per le acque potabili ma anche per qualsiasi acqua di uso umano.

Classificazione degli organismi in base ai fattori abiotici

Passiamo a come classifichiamo gli organismi in base ai fattori abiotici, ovvero la loro valenza ecologica. Ci sono gli Stenoaerobionti che sono organismi che tollerano ambiti ristretti di variazione della concentrazione di ossigeno come quelli delle comunità lotiche (acque mosse), gli organismi reofili e di mare aperto. Essi sono tutti Stenoaerobionti, ma hanno bisogno di elevate quantità di ossigeno (MEGAEROFILI). Ci sono i MICROAEROFILI che tollerano ambiti ristretti ma su basse concentrazioni di ossigeno; i Euriaerobionti che sono organismi che tollerano ampie variazioni della concentrazione di ossigeno (comunità di acque ferme e negli organismi della zona di marea). A seconda del tipo di colonizzazione delle masse di acqua, possiamo identificare una stratificazione delle masse di acqua. Nella zona più superfiale di un lago, l'apporto di ossigeno sarà solo quello che viene dalla diffusione superficiale, ma ci sarà una zona di produzione di ossigeno per la presenza di organismi autotrotofi. Possiamo identificare una zona superiore della massa di acqua che si chiama zona trofogenica, cioè dove si produce del cibo caratterizzata da elevate concentrazioni di ossigeno. Ci sarà la zona più bassa, dove non c'è la produzione ma è popolata da organismi consumatori, chiamata trofolitica. Nell"interfaccia tra la zona 1 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co) - C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.it