PLANCTON ED ECOLOGIA ACQUATICA
Docenti di scienze, aggiornamento XX - 7 maggio 03 SM Gordola , C.Scascighini*
1. Plancton, perché ?
2. Plancton: componenti, ambiente, adattamenti
3. Osservazioni di fito- e di zooplancton
4. Alcune proposte didattiche
*ringrazio M.Simona del LSA-Paradiso per il materiale e la consulenza forniti
1. Plancton nella SM perché ?
Giustificazioni:
- ha una storia antica: le prime alghe da 2 a 3 miliardi di anni,
le piante terrestri da 550 milioni di anni
- ha reso possibile la vita aerobica sulla terraferma
- rappresenta la produzione primaria nelle acque
ed è alla base di quasi tutte le reti trofiche
- è poco conosciuto perché microscopico
e di non sempre facile determinazione
- è invece relativamente facile da trovare
perché il nostro è un paese ricco di laghi e di stagni
- è un tema ideale per trattare un ecosistema acquatico
integrando biologia, fisica e chimica
- le forme e gli adattamenti sono fonte di continua meraviglia:
ma anche occasione per trasmettere il rispetto e l’amore
per il nostro ambiente
2. Plancton: componenti, ambiente, adattamenti
Plancton (dal gr. plankton = errante) è l’insieme degli esseri viventi, fluttuanti nelle acque marine o dolci
e incapaci di contrastare il movimento dell’acqua
Componenti: se ne distinguono tre ben caratterizzate:
- batteri - fitoplancton - zooplancton
cui vanno aggiunti anche organismi meno studiati e conosciuti quali funghi e virus
Ambiente: gli organismi planctonici vivono soprattutto nella zona eufotica ma devono
lottare costantemente contro l’affondamento: : noi ci muniamo di un galleggiante
o impariamo a nuotare, loro fanno … esattamente lo stesso
radiazione solare
zona eufotica
zona oscura
Adattamenti per ritardare l’affondamento
Passivi :
- per frenare nell’acqua si deve aumentare
il rapporto superficie/volume, ciò
conduce alle forme microscopiche
- tegumenti e gusci delicati, leggerissimi e trasparenti
(adatti per sfuggire alla vista dei predatori)
Cyclops sp.
1 - 2 mm
- guaine gelatinose della stessa densità dell’acqua
(alghe, rotiferi)
Eudorina elegans
120 micron
- riserve alimentari sottoforma di goccioline di grasso
(flagellate, diatomee, rotiferi, copepodi)
Larva naupliare di un copepode
0,7 mm
- bollicine di gas (pseudovacuoli) trattenute entro
il corpo (alghe blu)
Oscillatoria redekei
250 micron
- protuberanze che aumentano la resistenza
del corpo sull’acqua (alghe e crostacei)
Asterionella
180 micron
Adattamenti attivi :
- alghe con flagelli, animaletti dello zooplancton
muniti di ciglia, antenne e protuberanze articolate
6 Polyphemus 1,5 mm - 7 Bythotrephes 9 mm
8 Leptodora 1,2 cm
Ceratium hirundinella 170 micron
Le diatomee sono costituite da gel di silice idratata, del
tipo dell’opale, che le rende dure e resistenti come il vetro
e che costituisce la struttura della membrana avvolgendo
il protoplasma con le due teche, in modo simile a una
capsula di Petri.
Le valve sono scolpite in modo incredibilmente vario,
con linee, reticolati, fossette, verruche, ecc.
Le diatomee sono sempre unicellulari e alcune specie
formano colonie.
Cyclotella sp. 30-40 micron
Come si nutre lo zooplancton
Mentre le alghe per la loro esistenza dipendono passivamente dalla disponibilità di luce, acqua, diossido di
carbonio e sali minerali, lo zooplancton che si nutre di batteri, detrito organico sospeso e alghe (edibili solo
il 3-9% della loro biomassa !), cattura l’alimento con quattro modalità diverse:
- per inglobamento (eliozoi e tecolobosi)
- per centrifugazione (rotiferi)
- per filtrazione (la maggior parte dei crostacei)
Cyphoderia sp.
100 micron
- per predazione (certi rotiferi e crostacei)
Calanus sp. 1-2 mm
Asplanchna sp. 600 micron
Due crostacei filtratori
facili da osservare e frequenti nel plancton d’acqua dolce
da Kükenthal, Leitfaden für das zoologisce Praktikum, Fischer
Cyclops sp. 1-2,5 mm
Daphnia sp. 2-3 mm
Plancton al microscopio
0 - 1 = 1 mm
* = zooplancton
* = fitoplancton
* = batteri
3. Osservazioni di fito- e di zooplancton
Cattura: il plancton si raccoglie filtrando l’acqua attraverso un retino che abbia una maglia:
da 20 a 60 micron per il fitoplancton
da 40 a 100-200 micron per lo zooplancton
I due retini proposti nell’elenco del nostro materiale scientifico hanno rispettivamente le maglie di circa
60 e 100 micron e per piccole raccolte funzionano discretamente
Attività di laboratorio, si prevedono le seguenti osservazioni:
- zooplancton vivo, in una capsuletta di Petri aperta, con lo stereomicroscopio 10x fino 40x
- Daphnia, Cyclops o Diaptomus vivi, posti nell’incavo di un portaggetto, al miscroscopio con 40x e 100x
- fitoplancton vivo, su portaoggetto con coprioggetto, al microscopio con 40x, 100x e 400x
Determinazione delle specie più facili da riconoscere : tre tabelline (Plankton EAWAG, Zürich) riguardanti
i rappresentanti più importanti del plancton d’acqua dolce. Per il fitoplancton le alghe cianoficee, le flagellate,
le cloroficee e le diatomee , per lo zooplancton i protozoi, i rotiferi e i crostacei
Guida consigliata: Streble-Krauter, ATLANTE DEI MICRORGANISMI ACQUATICI, Muzzio
Plankton, - EAWAG, Zürich
Plankton, - EAWAG, Zürich
Plankton, - EAWAG, Zürich
4. Alcune proposte didattiche
A) in 2a media nell’ambito del tema Organismi semplici
Es 1 : osservazione, disegno e determinazione di fito- e di zooplancton vivo
Es 2 : costruzione di
semplici catene
e reti alimentari
Quale la più stabile?
Perché?
Es 3 su un foglio A4, costruzione in scala 10 : 1 di una catena alimentare
composta da fitoplancton (50 micron), zooplancton ( 2 mm), alborella (12 cm), luccio (90 cm)
Luccio 9 m
1m
Fitoplancton 0,5 mm
Zooplancton 2 cm
Alborella 0,20 x 1,20 m
Es 4
riproduzione vegetativa o clonazione
Le alghe diatomee si riproducono così in fretta che una di loro , in un mese, può dare origine a un miliardo di
discendenti. Possibile? In condizioni estremamente favorevoli una diatomea è in grado di dar origine a due diatomee
entro 24 ore e così di seguito.
Costruisci una tabella che rappresenti
l’evoluzione di questa crescita, partendo dal
1° giorno con un’ alga fino al 31° giorno
con…………….……………... alghe
Osserva quanti discendenti ci sono dopo 15
giorni, dopo 30 e dopo 31 giorni: cosa ti
sorprende?
Se potessi disegnare il grafico, quale tipo di
risultato prevedi? Prova a preparare un grafico
solo per i primi 7 giorni e poi … immagina il
resto
B) in quarta media nell’ambito del tema ecologia, ma anche genetica ed evoluzione
Es 1
energia
C2
C1
C3
zooplancton
erbivori
piante acq.
fitoplancton
batteri
nutrienti
Es. 2 Il ciclo del carbonio
a) riconoscere le reazioni
opposte di
FOTOSINTESI e di
RESPIRAZIONE
b) spiegare in quali sostanze
organiche viene sintetizzato
il carbonio
c) scrivere le reazione chimiche
della fotosintesi e della
respirazione
Es 3 La biosfera
E’ costituita da un contenitore chiuso
ermeticamente, esposto a luce
diffusa, e deve contenere dell’aria,
dell’acqua di lago o di stagno e del
fango per esempio di palude.
Vi devono essere rappresentati i
diversi livelli trofici e cioè:
a) PRODUTTORI : alghe, piante
acquatiche
b) CONSUMATORI : chiocciole,
zooplancton, …
c) DECOMPOSITORI : vermi,
batteri, ...
1 aria - 2 acqua - 3 fango - 4 piante acquatiche, alghe 5 animaletti (chiocciole, vermi, crostacei, rotiferi, ciliati, ...)
6 vetro - 7 carta velina
http://www.beachworld.it/it/italiano/attivita.html
http://www.beachworld.it/it/italiano/biobig.html
Esperimenti con Elodea:
www.racine.ra.it/curba/elodea/index.htm
http://utenti.rete039.it/classiinrete/classi2/scienze/fotosintesi/elodea/agrate_230502.htm
http://utenti.rete039.it/classiinrete/classi2/scienze/fotosintesi/simulazione/agrate_050602.htm
Es 4 Effetti stagionali delle variazioni termiche nel corpo d’acqua
In laghi profondi si hanno teoricamente due periodi di stratificazione termica (estiva e invernale) e due periodi
di isotermìa che permettono, grazie ai venti, la circolazione completa delle acque.
Gli effetti sull’ecosistema sono
- l’ossigenazione delle acque profonde
- l’arricchimento di sali minerali negli strati superficiali delle acque
I nostri grandi laghi (Verbano e Ceresio) sono di tipo subtropicale, nei quali la temperatura delle acque profonde
è sempre superiore a 4°C (tra 6 e 7°C) ma con una ben definita stratificazione termica : in essi avviene un solo
periodo di piena circolazione a fine inverno. Interpreta e discuti il grafico riferito al Ceresio:
Lago di Lugano, Gandria 2002
Es 5 Il fenomeno della fioritura delle alghe (flos aquae)
La causa di variazioni improvvise del colore delle acque è da imputarsi a un imponente e repentino accrescimento
generalmente di una certa specie di alga componente il fitoplancton. In un millilitro d’acqua si possono contare
delle decine di migliaia di individui .
Per capire bene il fenomeno bisogna ricordare i 4 parametri necessari per l’attività fotosintetica : mentre la presenza
di acqua e di diossido di carbonio può essere ritenuta costante, l’energia luminosa solare e la disponibilità di sali
minerali variano notevolmente nel corso delle stagioni e diventano i fattori limitanti.
A) Qual è la causa del crollo della popolazione
algale primaverile? E quale quella per il crollo
autunnale?
B) Solo le diatomee necessitano di sali di silicio per il loro
sviluppo, le altre alghe soprattutto sali di azoto e fosforo:
cerca di interpretare il grafico sottostante
Es 6 Relazione preda-predatore
1° caso : una preda e un predatore
grandi fluttuazioni nelle popolazioni
2° caso : due prede e un predatore
maggiore stabilità, poiché il predatore caccia
di regola la specie più frequente, permettendo
all’altra di ricostituirsi
Osserva il grafico riguardante una popolazione
di idre che si nutreessenzialmente di zooplancton:
a) secondo te quale tipo di relazione si può
ipotizzare?
b) prova a immaginare e a disegnare come
sarebbero le curve delle popolazioni dello
zooplancton (rosso) e del fitoplancton (verde)
Lago Verbano, Suna 1973-74
Es 7 La piramide alimentare
“Una megattera (Megaptera nodosa) che non è per nulla la balena più grossa, per sentirsi sazia deve avere nello
stomaco una tonnellata di aringhe, pari a circa 5000 pesci. Ogni aringa a sua volta, ha nello stomaco forse sei o
settemila crostacei, dei quali ognuno contiene circa 130000 alghe diatomee.
In altre parole: circa 400 miliardi di alghe sono sufficienti al massimo per alcune ore a saziare la fame di una
balena di media grandezza, lunga 11-16 m e pesante circa 50 t” (da You and the Universe di N.J.Berrill)
A ogni scalino della piramide soltanto
1/10 di tutto il nutrimento viene
trasformato in biomassa. Cioè,
per fare 1 Kg di zooplancton
sono necessari 10 Kg di
fitoplancton, e così via.
Dove vanno i 9/10
del nutrimento ?
Es 8 La piramide dell’energia
Osservando da vicino il flusso di energia attraverso le catene alimentari, si nota come solo una parte dell’energia venga
utilizzata dal consumatore successivo mentre il resto si disperde sotto forma di calore: così, affinchè un ecosistema possa
durare nel tempo è necessario un continuo apporto di energia solare al sistema stesso.
1200 KJ
200 KJ
CARNIVORI
Nutrimento
1500 KJ
8000 KJ
4500 KJ
Calcola la % dell’energia
trasmessa dai vegetali
agli erbivori e da questi ai
carnivori.
Calcola anche le altre %
di dispersione e discuti.
Respirazione
ERBIVORI
Nutrimento
14000 KJ
26000 KJ
50000 KJ
V E G E TALI
Luce assorbita
90000 KJ
Organismi morti + escrementi
CALORE
Quantitativamente la perdita
di energia a ogni passaggio
della catena alimentare è
notevole, si stima all’incirca
il 90%, con un guadagno
medio di circa solo il 10% !
CALORE
100 KJ
Es 9 Le sostanze nocive nella catena alimentare
D
Per effetto della conservazione della materia e per effetto delle catene alimentari, le
sostanze nocive si accumulano in dosi sempre più grandi (per la stessa unità di massa)
nei consumatori di ordine superiore, uomo compreso
Considera attentamente la seguente catena alimentare:
C
B
A = 100 Kg di fitoplancton
B = 10 Kg di zooplancton
C = 1 Kg di alborelle
D = 0.1 Kg di persico
+
+
+
+
100 mg di sostanze nocive
100 mg di sostanze nocive
100 mg di sostanze nocive
100 mg di sostanze nocive
a) Se l’uomo, invece di mangiare 100 g di persico, si nutrisse con 100 g di
alborelle oppure con 100 g di zooplancton oppure con 100 g di fitoplancton,
quanta sostanza nociva assumerebbe per ogni caso? Calcola
b) Considerato che l’uomo è onnivoro, cosa è prudente di pensare?
A
c) Calcola quanti umani mangerebbero 100 g di alimento per ogni scalino della
catena alimentare: cosa ti fa pensare questo risultato ?
Es 10 Le zone produttive oceaniche
Si trovano laddove il fitoplancton può svilupparsi, cioè dove le sostanze minerali nutritive sono portate in superficie da
correnti sottomarine o trasportate ai mari dai fiumi. Le macchie più chiare indicano i deserti biologici” (da H.U.Sverdrup,
Scientific American 9/69)
Quali sono dunque le zone più produttive?
Produzione primaria oceanica
tramite rilevamento satellitare della clorofilla a
NASA, giugno 02
Produzione primaria oceanica
tramite rilevamento satellitare della clorofilla a
NASA, dicembre 02
Bibliografia
Per l’allievo:
- Biologia e protezione delle acque, Dip. Interno, Berna 1970
- Le milieu lacustre, N3/83, LSPN
- Il mare deve vivere, Panda 1/78, WWF Svizzera
Per il docente:
- Streble e Krauter, Atlante dei microrganismi acquatici, 1984 Muzzio
- Lampert e Sommer, Limnoökologie, 1999 Thieme
- Tonolli V., Introduzione allo studio della limnologia, 1973 Ist. Ital. di Idrobiologia, Pallanza
- P.G.Falkowski, L’invisibile foresta degli oceani, Le Scienze 410/ ott. 2002, p 82-88
Alcuni siti :
- info su fito- : http://www.bio.unipd.it/limno/informa/infoEcol/immagini_ fitoplancton.htm
e zooplancton: http://www.bio.unipd.it/limno/informa/infoEcol/immagini_ zooplancton.htm
- info sui copepodi: www.obs-vlfr/~gaspari/copepodes
- immagini di diatomee al microsc. elettr. : www.bgsu.edu/departments/biology/facilities/algae_link.html
- mappe oceaniche Nasa: http://seawifs.gsfc.nasa.gov/SEAWIFS.html , poi cliccare sul bottone Global Sea WiFS
BrowseUtility
Per concludere: non pochi
appassionati di microscopia si
dedicano allo studio delle diatomee
per motivi puramente estetici, ma ci
sono anche architetti e designer che
si interessano alle diatomee per
motivi un po’ più pratici ...
CHA COSA E’ ?
- per il biologo questa è una diatomea (Fragilaria crotonensis - 240 micron), clone di alghe unicellulari, silicee, ...
- per il chimico è la sede di reazioni con le quali si fabbricano carboidrati e si libera un gas di scarto, l’ossigeno, ...
- per il fisico è una scatola nera che trasferisce energia dal portatore luce ai portatori calore e carboidrati, ...
Le tre risposte sono un modo per interpretare questa immagine, ma quante altre se ne potrebbero provare ?
Penso che dovremmo offrire ai nostri allievi la possibilità di stupirsi e di interrogarsi davanti alle affascinanti e
intriganti immagini del mondo naturale; le interpretazioni le forniremo poi, gradualmente.