Un ecosistema è l'unità funzionale di base in ecologia che include tutti gli organismi che convivono in una data area (comunità), interagenti con l’ambiente fisico (clima, acqua, suolo).
Una definizione più aggiornata (Odum, 1953) parla di:
Insieme di organismi che vivono insieme in una certa area (comparto biotico), interagenti con l'ambiente fisico comparto abiotico in modo tale che un flusso di energia porti ad una ben definita struttura biotica e ad una ciclizzazione dei materiali (CICLO DELLA MATERIA) fra viventi e non viventi all’interno del sistema stesso, sostenuta da una cospicua dispersione di calore.
E' fondamentale il concetto di trasferimento dell'energia
Catena trofica
L'ecosistema svolge una funzione grazie all'energia che entra.
Caratterizzando l’ambiente di entrata e di uscita posso quantificare i processi che vengono svolti. Ad esempio posso studiare quanta energia entra e quanta esce dall’ecosistema. L’ecosistema è la “scatola nera” che svolge la trasformazione energetica.
L’ecosistema evolve trasformando l’energia, però ogni interazione porta a dispersione di calore. E’ necessaria una continua fonte di energia, che per la maggior parte degli ecosistemi è il sole.
L'ecosistema è divisibile nei suoi livelli energetici. Catena trofica:
Siccome ogni organismo disperde parte dell’energia accumulata, ci sono livelli distinti in base alla disponibilità energetica e al tipo di trofia. Il numero di livelli trofici dipende dalla quantità energia disponibile nell’ecosistema.
Raggruppa organismi che hanno una posizione simile nelle rete trofica. Occupano un medesimo livello trofico gli organismi che:
- si trovano alla stessa “distanza” (no. di passaggi) dalla sorgente
- ciascun livello trofico costituisce un nodo di dissipazione di una quantità di energia
Produzione primaria
E' l'insieme di tutti i processi che convertono materia inorganica in materia organica. Il principale è la fotosintesi.
Produttività e biomassa sono due cose distinte. La produttività è la velocità con cui l'energia solare viene convertita in biomassa.
La biomassa è l'insieme della sostanza organica vivente presente in un'unità di spazio.
Una parte dell'energia viene persa nel metabolismo, attraverso la respirazione cellulare. La produttività primaria netta rappresenta la differenza tra la produttività lorda e quella persa. E' quella che può essere trasferita al livello successivo.
Cosa regola la produttività in ambienti terrestri
Rispetto all’ambiente acquatico, le precipitazioni rappresentano un fattore limitante per la produzione, assieme all’irraggiamento solare. Quindi la produttività cambia rispetto alla latitudine.
Cosa regola la produttività in ambienti acquatici
È un fattore la presenza di nutrienti, fortemente limitanti. La produzione è maggiore vicina alla costa rispetto all’ambiente oceanico.
La profondità si relaziona alla quantità di risorsa luminosa disponibile. C’è un punto in cui la PPL e R si compensano a vicenda, e la PPN è = 0.
Le zone di upwelling e zone con sea mounts sono luoghi dove la produttività primaria è alta nonostante la lontananza dalla costa.
La biomassa permanente è la biomassa capace di rimanere tale. Negli ambienti acquatici la biomassa permanente è nettamente minore (1/500), siccome gli organismi autotrofi sono principalmente fitoplankton, cioè organismi di piccola dimensione e ciclo di vita molto rapido; quindi, in ambiente acquatico è nettamente maggiore la biomassa temporanea. mentre in ambiente terrestre ci sono piante e alberi.
Una parte cospiqua della biomassa terrestre è necromassa, che non partecipa al processo produttivo.
La biomassa temporanea marina partecipa molto più rapidamente ai livelli trofici superiori.
La produttività primaria varia nel tempo. In una scala temporale molto piccola c’è una maggiore variazione. Ci sono forte differenze di produttività stagionale.
L’energia utilizzata dagli organismi autotrofi terrestri è utilizzata in maniere diverse. Una grande quantità di energia viene utilizzata per il proprio sostegno e mantenimento (Tronchi, rami), mentre solo una piccola parte viene utilizzata per il fogliame.
Produzione secondaria
La produttività secondaria è limitata dalla produzione primaria, che agisce come meccanismo di controllo. La ‘’perdita di calore’’ implica che ai livelli trofici successivi ci sarà sempre meno energia disponibile.
Gli organismi autotrofi limitano la produzione secondaria sia in terra sia in ambiente marino.
La produttività secondaria è il tasso di produzione di biomassa da parte degli organismi eterotrofi per unità di area e tempo (grammi per unità di superficie per unità di tempo).
Gli erbivori devono superare le varie difese che i produttori primari pongono, siccome anche loro devono massimizzare la propria fitness. Un esempio è l’allelopatia, cioè lo sviluppo di sostanze chimiche deterrenti per gli erbivori. Sia gli organismi vegetali terrestri che marini producono queste sostanze. Alcune sostanze hanno anche effetti positivi, così da facilitare l’insediamento di altri organismi che competono con gli erbivori.
Foraggiamento ottimale
La predazione cerca di massimizzare i benefici abbassando i costi, anche qui viene fatta una decisione su come ripartire le energie. Le prede di fatto sono molto ricche ma hanno un costo di cattura. Qui dentro entra la teoria dei tratti funzionali, che vengono presentati in questa decisione.
La teoria si basa sull’ipotesi che la selezione naturale favorisca i predatori che massimizzano le proprie strategie. I costi si misurano in tempo ed energia, i benefici sotto forma di fitness
Efficienza di acquisizione
L’acquisizione da parte di organismi eterotrofi è distinta in fasi ben precise. Il tempo totale è dato dal tempo impiegato in tutte queste fasi. Il tasso di consumo e ingestione è funzione della superficie corporea; più sono grande più facilmente la posso individuare, attaccare e anche ingerire. La massa corporea è un fattore molto rilevante per la fitness.
Ricerca del cibo
- Sit and wait. Organismi filtratori, sessili. E’ la modalità più semplice, meno costosa energeticamente, ma è molto dipendente dall’ambiente. E’ svantaggiosa rispetto alla velocità di foraggiamento.
- Ricerca attiva. Nella maggior parte dei casi è casuale. Vengono avviate strategie per trovare i luoghi dove la preda è più abbondante. Esistono tratti funzionali della specie-preda o specie-predatore che ci aiutano a capire dove si può trovare la preda.
- La forza del gruppo, l’efficacia della ricerca aumenta, assieme all’efficacia dell’utilizzo della risorsa.
Le prede hanno sviluppato numerosi tratti funzionali che massimizzano la fitness delle prede aumentando i costi della localizzazione, della manipolazione, ecc… Difese chimiche, colorazione criptica o flash, somiglianza da un oggetto, mimetismo batesiano, mulleriano…
C’è una coevoluzione delle strategie di attacco e difesa. Viene chiamata ipotesi della Regina Rossa.
E’ necessario per i predatori bilanciare i benefici nel mangiare la preda e il rischio di predazione da parte di altri predatori.
Anche la dimensione della popolazione preda o predatore hanno un ruolo nella capacità di acquisire energia. Sia perché un gruppo numeroso aiuta a rendere efficiente l’acquisizione (o sfavorirla ai propri predatori).
Manipolazione del cibo
Ho cercato, localizzato, cacciato la preda, devo manipolarla.
Il tasso di manipolazione è proporzionale alla dimensione del manipolatore. Il tasso di ingestione dipende anche dalla densità del cibo nell’ambiente, cioè dalle caratteristiche ecologiche dell’habitat.
Risposta funzionale
La relazione tra tasso di ingestione e dimensione della popolazione preda è definita come risposta funzionale.
· Il numero delle prede catturate aumenta con l’aumentare della dimensione della popolazione preda. La mortalità della preda è costante. Risposta passiva.
· Il tasso di predazione aumenta fino a un massimo
· Il tasso è inizialmente basso, poi cresce fino ad un asintoto. L’attività di ricerca del cibo aumenta all’aumentare della densità
Ci sono diverse risposte, stabilizzante o non stabilizzante.
La catena del detrito
Parallela alla catena del pascolo c’è la catena del detrito. La sostanza organica prodotta e inutilizzata viene sintetizzata da altri organismi che decompongono la materia organica e la rimettono in circolo, rendendola disponibile anche per gli organismi autotrofi.
Rappresentazioni
La catena trofica è una rappresentazione qualitativa, mentre la piramide ecologica è quantitativa, siccome mostra una quantità (di individui, di biomassa, di energia..)
Trasferimento di energia
L’efficienza ecologica rappresenta l’energia realmente utilizzabile dagli organismi di un livello trofico superiore. Viene escluso tutto ciò che viene utilizzato per il metabolismo.
In molti sistemi terrestri i livelli trofici sono limitati a 4-5. Nei sistemi marini il numero di livelli può arrivare a 6-7. Questo perché il fitoplankton rende disponibile molta biomassa ai livelli trofici superiori, anche grazie a tempi di turnover molto elevati. Inoltre, la maggior parte degli organismi è ectoterma, con un minore dispendio energetico per la termoregolazione.
Conclusioni:
Comparto biotico e abiotico interagiscono, l’ingresso dell’energia in un ecosistema è assicurato dalla produzione primaria. Ad ogni livello c’è una perdita di energia. I trasferimenti di energia tra i vari livelli trofici sono molto scarsi, siccome gran parte dell’energia viene perduta.
Flashcards
Cos'è un ecosistema?
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Un ecosistema è l'unità funzionale di base in ecologia che include tutti gli organismi che convivono in una data area (comunità), interagenti con l’ambiente fisico (clima, acqua, suolo).
Cos'è il comparto abiotico di un ecosistema?
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Sono tutte le variabili fisiche e chimiche di un ambiente che possono influire ed essere influenzate dalla vita biologica. E' divisibile ulteriormente in condizioni (che non vengono influenzate o consumate) e risorse (che vengono consumate)
Cos'è il comparto biotico di un ecosistema?
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E' l'insieme di tutti gli organismi di un ecosistema e le interazioni che si instaurano tra di loro.
Cos'è la catena trofica?
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L’ecosistema evolve trasformando l’energia, però ogni interazione porta a dispersione di calore. E’ necessaria una continua fonte di energia, che per la maggior parte degli ecosistemi è il sole.
L'ecosistema è divisibile nei suoi livelli energetici. Catena trofica:
Siccome ogni organismo disperde parte dell’energia accumulata, ci sono livelli distinti in base alla disponibilità energetica e al tipo di trofia. Il numero di livelli trofici dipende dalla quantità energia disponibile nell’ecosistema.
Cos'è la produttività primaria netta?
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Produttività e biomassa sono due cose distinte. La produttività è la velocità con cui l'energia solare viene convertita in biomassa.
La biomassa è l'insieme della sostanza organica vivente presente in un'unità di spazio.
Che differenza c'è tra biomassa e produttività?
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Una parte dell'energia viene persa nel metabolismo, attraverso la respirazione cellulare. La produttività primaria netta rappresenta la differenza tra la produttività lorda e quella persa. E' quella che può essere trasferita al livello successivo.
Cos'è la produttività secondaria?
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La produttività secondaria è il tasso di produzione di biomassa da parte degli organismi eterotrofi per unità di area e tempo (grammi per unità di superficie per unità di tempo).
La produttività secondaria è limitata dalla produzione primaria, che agisce come meccanismo di controllo. La ‘’perdita di calore’’ implica che ai livelli trofici successivi ci sarà sempre meno energia disponibile.