Dinamica di Popolazione e Successioni Ecologiche: Teoria e Applicazioni

Dinamica di Popolazione e Successioni Ecologiche

Dinamica di Popolazione e Successioni Ecologiche: Teoria e
Applicazioni
Scienze Biologiche (Università degli Studi di Torino)
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Scaricato da Legion MasterMoster (mastermoster647@gmail.com)Ecologia - prof. Rolando

Due concetti importanti da fissare prima ancora di parlare di ecologia sono il servizio ecosistemico, ossia la
fotosintesi operata dagli organismi vegetali che incamerano e bloccano la CO2, e la rivoluzione verde.
La rivoluzione verde (1944) ci fu grazie a Norman Borlaug, che scoprì che alcune varietà di vegetali
rispondevano molto bene a certi nutrienti e scoprì i fertilizzanti. Il loro uso, abbinato a quello di acqua,
pesticidi e meccanizzazione, assicurò e assicura tuttora un'elevatissima produttività vegetale. In termini
ecologici, tuttavia, la rivoluzione verde ha molte conseguenze, tra cui carenza di acqua, eutrofizzazione,
inquinamento delle falde acquifere e dei terreni, erosione del suolo, riduzione della diversità, produzione di
gas serra e sprechi dovuti a sovrapproduzione di cibo.

Introduzione all'ecologia

L'ecologia è una disciplina relativamente giovane, che ha assunto un grande rilievo a partire dagli anni 70
del secolo scorso, in concomitanza con le prime esplorazioni spaziali, ed ancor più in questi ultimi anni, con
le problematiche del global warming e del relativo climate change.
Il termine Ecologia fu usato per la prima volta da Ernst Haeckel nel 1866, in pieno positivismo.
Possiamo definire l'ecologia come lo studio scientifico delle interazioni tra gli organismi e il loro ambiente.
La ricerca ecologica ha il compito di favorire l'accesso a nuovi sviluppi o a scoperte empiriche. In termini
epistemologici (filosofia della scienza) possiamo quindi dire che ha una componente euristica intrinseca
significativa. Sia nella sua accezione teorica sia in quella applicata, la finalità ultima dell'ecologia è quella di
conservare la Biosfera e, conseguentemente, il genere umano.

Termini usati in Ecologia

Alcuni dei termini usati in Ecologia:

• Gerarchia -> disposizione in serie ordinate secondo una gerarchia
• Sistema -> insieme unico formato da diverse componenti interdipendenti ed interattive
• Popolazione -> insieme di individui appartenenti alla stessa specie
• Comunità -> insieme di popolazioni che occupano la stessa area (biocenosi)
• Biotopo -> una determinata area, con le sue componenti abiotiche
• Ecosistema -> biotopo + biocenosi
• Paesaggio -> area territoriale eterogenea, composta da ecosistemi interagenti che si ripetono in
  una configurazione caratteristica
• Ecosfera -> l'insieme di tutti gli organismi terrestri e delle componenti ambientali con cui
  interagiscono

L'ecologia è una disciplina strutturata secondo una precisa gerarchia dei livelli organizzativi:
l'organizzazione gerarchica fornisce lo strumento concettuale per un approccio "olistico" allo studio delle
situazioni complesse, alternativo all'approccio "riduzionistico" (che, in un certo senso, spiega i fenomeni
abbassando il livello di analisi) che caratterizza gran parte delle altre discipline biologiche.
L'approccio olistico prende in considerazione dei parametri che riflettono il funzionamento di tutto
l'ecosistema, per es. l'ossigeno prodotto; l'approccio riduzionistico invece va nel dettaglio, studia il
contributo delle singole specie vegetali alla produzione di ossigeno (non sono tutte uguali).
L'olismo si attua senza soluzione di continuità e la gerarchia scalare è
solo una notazione esplicativa > il singolo individuo non può vivere al
di fuori di una popolazione, le comunità non sopravvivono senza i cicli
biogeochimici ecc.
Negli ambienti acquatici (per es. fiumi e torrenti) tutti gli organismi
bentonici detritivori contribuiscono al processo decompositivo >
macroinvertebrati, perlopiù insetti allo stato larvale, tra cui le larve di
Efemerotteri, Plecotteri e Tricotteri, che sono indicatori di buona
qualità delle acque.
Larva di efemerottero

Conseguenze dell'organizzazione gerarchica

Come conseguenza dell'organizzazione gerarchica si hanno:

• Proprietà emergenti > combinando le parti che compongono
  un livello per produrre quello più elevato emergono nuove proprietà. Lo studio dei singoli
  componenti di un livello organizzativo non permette quindi di comprendere il funzionamento del
  livello stesso (una comunità non è solo la somma di popolazioni);
• Proprietà irriducibili > proprietà dell'insieme non riconducibili alla somma delle proprietà delle sue
  componenti (la comunità non si riduce ad una somma di popolazioni);
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• Proprietà collettive > non implicano caratteristiche nuove derivanti dal nuovo livello, ma solo
  l'integrazione di caratteristiche preesistenti. La natalità è una proprietà collettiva tipica della
  popolazione, ma deriva solo dalla somma delle nascite riportabili ai singoli individui.

Esistono anche funzioni trascendenti: funzioni di base che operano a qualsiasi livello (energetica,
comportamento, sviluppo, evoluzione).
In natura sono molto diffusi i meccanismi di feedback (o di retro-controllo) negativo o positivo. Tuttavia,
mentre dal livello dell'organismo in giù il sistema di controllo è preciso (il cosiddetto set-point resetta il
sistema allo stato iniziale) e il meccanismo è omeostatico, nel contesto ambientale mancano dei veri e
propri sistemi di controllo. Più precisamente, nell'ambito delle proprietà emergenti si realizzano meccanismi
di retro-controllo che possono diminuire le oscillazioni al crescere del livello; si parla di omeoresi
(mantenere la corrente di un fluido) piuttosto che di vera e propria omeostasi.
Un esempio tipico sono i rapporti preda-predatore: il predatore non riesce a regolare esattamente le prede,
le cui popolazioni oscillano numericamente nel tempo. La sua azione è approssimativa, ma comunque
efficace.

Modelli ecologici

In ecologia si fa largo impiego di modelli: un modello è una simulazione di un fenomeno reale mediante il
quale si possono fare delle previsioni. I modelli possono essere: informali (grafici qualitativi) o formali
(statistico-matematici).
Nell'esempio dell'ecosistema di prateria
di montagna abbiamo:

• E: energia del sole
• P1: organismi vegetali
• P2: animale erbivoro
• P3: animale onnivoro
• I: funzione di interazione che
  controlla il flusso a P3. P3 si
  nutre usualmente di P2 e passa
  a P1 quando P2 è poco
  abbondante > ad es. il gracchio
  alpino consuma cavallette o
  bacche a seconda della
  stagione
  Modello grafico di un sistema ecologico
  Retro-controllo
  Funzione di
  interazione
  F1
  E
  >
  P1
  F3
  1
  F2
  F6
  FA
  Fonte di
  energia
  (funzione
  forzante)
  F1
  P2
  Variabili di
  stato
  Vie di
  flusso
• L: retro-controllo.
  Gracchio alpino e Gracchio corallino P. pyrrhocorax sono due specie che coesistono perché le nicchie
  trofiche sono complementari. In estate, per esempio, mentre il gracchio alpino raccoglie gli insetti epigei, il
  corallino, con il lungo becco color corallo (da cui il nome) scava il terreno alla ricerca di insetti ipogei. Le
  diete sono nettamente diverse: le due specie non competono per il cibo, e possono quindi coesistere
  (segregazione da nicchia trofica).
  Gli anelli di retro-controllo o feedback sono importanti
  caratteristiche dei modelli ecologici e possono essere basati
  sulla predazione. Il predatore, infatti, diminuendo la densità
  degli erbivori, controlla e modula il rinnovamento vegetale.
  Questi anelli di retro-controllo trasformano quindi un
  sistema lineare in uno parzialmente ciclico.
  A
  >
  B
  C
  Anello di retro-controllo

L'ecosistema

L'ecosistema
La comunità biotica che interagisce con le componenti abiotiche locali a costituire un riciclo della materia
tra viventi e non viventi costituisce un sistema ecologico o ecosistema. Ecosistema = biocenosi + biotopo.
È un'unità sistemica funzionale aperta, con flussi di entrata e di uscita.
Il sole è la principale fonte di energia per tutti gli ecosistemi terrestri, altre entrate sono le piogge e i
combustibili fossili (ecosistemi urbani). Tra le uscite ricordiamo il calore disperso, gli animali che
abbandonano il sistema, i rifiuti prodotti (ecosistemi urbani).
Il termine ecosistema è stato proposto per la prima volta nel 1935 da Tansley, ma nello stesso periodo era
stato anche definito da Lotka.
L'ecosistema è la prima unità della gerarchia ecologica ad essere completa, cioè ad avere tutti i
componenti (biologici e abiologici) necessari per la sua sopravvivenza.
Sono presenti quindi input environment, system e output environment (IE + S + OE).
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L
P3
4

Caratteristiche dell'ecosistema

Ogni ecosistema è caratterizzato da:

• Comunità > come rete trofica tra autotrofi ed eterotrofi;
• Flussi di energia > a senso unico, in quanto l'energia arriva dal sole (o da combustibili fossili).
  L'energia può essere trasformata ed immagazzinata nella materia organica, ma la maggior parte
  dell'energia che entra in un sistema viene utilizzata e degradata ed esce come energia termica
  persa;
• Cicli della materia -> la materia non ha un flusso unidirezionale ma può essere riutilizzata più volte
  (ad esempio cicli di acqua, fosforo, carbonio).

Il confine di un ecosistema può essere naturale, ad esempio la sponda di un lago o di un fiume, o arbitrario,
ad esempio una parte di spiaggia o di foresta.
L'ecosistema, in un mondo stravolto dall'uomo, è di difficile identificazione.

Struttura trofica dell'ecosistema

I rapporti trofici sono il "motore" di un ecosistema. L'organizzazione trofica è basata su:

• una componente autotrofa che 'si nutre da sola'; sono i produttori > organismi fotosintetizzanti;
• una componente eterotrofa 'nutrita da altri', sono i consumatori o fagotrofi.

Componenti dell'ecosistema sono inoltre:

• le sostanze inorganiche (C, N, sali ecc.) implicate nei cicli della materia;
• le sostanze organiche (proteine, zuccheri ecc.) che mettono in relazione la componente biotica e
  quella abiotica;
• aria, acqua, substrato e ambiente (+ condizioni climatiche);
• catena del detrito.

La catena del detrito, cioè le tappe di decomposizione degli organismi morti, è costituita da:

• detritivori (o macro-consumatori);
• saprotrofi (o micro-consumatori), cioè batteri e funghi, a volte indicati come decompositori.

I chimici ambientali distinguono la componente organica tra:

• POM, particulate organic matter, materia organica particolata > a sua volta divisa in POM Fine o
  FPOM(0,45 pm - 1 mm) e POM grossolana o CPOM (>1mm);
• DOM, dissolved organic matter, materia organica disciolta (< 0,45 um).

Gradienti ed ecotoni

Gradienti ed ecotoni
Un gradiente ecologico rappresenta una variazione graduale delle caratteristiche, mentre una
giustapposizione di habitat distinti è un ecotono.
Tuttavia, anche gli ecotoni, che sono appunto
aree di tensione dove si incontrano due habitat,
possono presentare una certa gradualità. Ad
esempio, salendo di quota la lariceta non cessa
improvvisamente per lasciar spazio alla prateria
alpina, ma si dirada progressivamente, tanto che
piccoli larici isolati possono crescere ai margini
della prateria stessa.
Gradiente di
profondità in
un lago
Ecotono tra il lago e il
territorio circostante
Una serie di gradienti origina una zonazione. Zonazioni possono essere di diversa natura: vegetazionale,
fisico-geomorfologica, produttivo-respiratoria e termica.
Negli ecotoni si assiste di solito all'effetto margine positivo > incremento della diversità dovuto al fatto che
le specie di un habitat si sommano a quelle dell'altro habitat; ma l'intervento artificiale dell'uomo produce
margini che possono dare luogo ad
effetti negativi (ad es. piste da sci).
B
Zonazione biotica litorale
Intertidale
Piani: sopralitorale, mediolitorale (intertidale), infralitorale (Posidonia) e
circalitorale (coralligeno)
Immagine: esempio di zonazione
orizzontale e verticale nel mare.
LA
Neritico
Oceanico
Le praterie di Posidonia oceanica
Zona eufotica
(una vera pianta fanerogama, non
1000
Platea
Zona afotica
continentale
Fosse, canyons,
2000-
dorsali
un'alga) si trovano nella zona
Batiale
Dorsale
3000
medio-oceanica
infralitorale, che è quella che riceve
luce, mentre i coralli (Celenterati
Antozoi) sono a profondità maggiori
4000
senza luce, nel circalitorale.
5000-
Zoccolo
continentale
Profondità in metri
Piano abissale
Le praterie di Posidonia ossigenano i
6000
Scarpata continentale
mari, aumentano la biodiversità e
7000
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