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Sylvia S. Mader
Immagini e
concetti della
biologia
Ambiente e sostenibilità
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Capitolo 3
Le comunità e
gli ecosistemi
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La competizione tra le specie può
portare a una ripartizione delle risorse /1
• Il principio dell’esclusione competitiva
sancisce che due specie non possono occupare
la stessa identica nicchia biologica in
contemporanea.
• La nicchia ecologica di un organismo è il ruolo
che esso gioca all’interno della propria comunità,
che comprende il suo habitat e le sue interazioni
con gli altri organismi e con l’ambiente.
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La competizione si osserva
solamente quando le due specie di
Paramecium vengono allevate
insieme, nello stesso recipiente di
coltura.
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La competizione tra le specie può
portare a una ripartizione delle risorse /2
• La ripartizione delle risorse diminuisce la
competizione per le risorse tra due specie.
• Se in una stessa comunità sono presenti delle
specie tra loro simili, i rispettivi caratteri fenotipici
tenderanno a differenziarsi; questo fenomeno è
detto spostamento dei caratteri.
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Quando due specie di fringuelli
terricoli coesistono su un’isola,
si osserva uno spostamento
dei caratteri, fenomeno che
non si osserva invece se le
stesse due specie vivono
separate su isole diverse.
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Specializzazione della nicchia ecologica tra
cinque specie di dendroiche che convivono
nello stesso habitat.
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Le interazioni predatore-preda
influenzano entrambe le popolazioni /1
• Andamento di popolazione ciclico predatorepreda: picchi con più predatori/meno prede si
succedono a picchi con meno predatori/più prede.
Andamento di popolazione ciclico della lepre americana e della lince
canadese, rispettivamente preda e predatore nelle foreste di abeti
del Nord America.
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Le interazioni predatore-preda
influenzano entrambe le popolazioni /2
• Le prede hanno evoluto una gamma di
meccanismi di difesa, come la raffinatezza dei
sensi, la velocità nella fuga, le corazze, le spine,
gli artigli o altre porzioni corporee con funzione
di difesa, le difese chimiche.
• Alcune strategie di difesa molto diffuse
comprendono il camuffamento, la colorazione
mimetica, varie forme di mimetismo.
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Nel mimetismo batesiano una specie innocua ne imita una offensiva:
una mosca e un coleottero (in alto) imitano insetti dotati di pungiglione.
Nel mimetismo mülleriano, diversi insetti offensivi mostrano la stessa
colorazione di avvertimento (in basso).
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Il parassitismo beneficia una
popolazione a spese di un’altra
• Il parassitismo è
una forma di relazione
simbiotica;
il commensalismo e il
mutualismo sono altri
due tipi di relazione
simbiotica.
Esempio di endoparassiti: nematodi minuscoli
che infestano l’intestino degli uccelli.
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Il commensalismo fornisce vantaggi
soltanto a una delle popolazioni interagenti
• Il commensalismo è una
relazione simbiotica in cui una
specie gode di un evidente
beneficio, mentre l’altra non è né
favorita né svantaggiata;
tuttavia, a una più attenta
analisi, ciò che viene classificato
come commensalismo è in
realtà un caso di mutualismo o
di parassitismo.
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I pesci pagliaccio vivono protetti tra i
tentacoli urticanti degli anemoni di mare
(animali sessili del phylum cnidari).
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Il mutualismo fornisce vantaggi a
entrambe le popolazioni interagenti
• L’insieme delle relazioni
mutualistiche crea un
intreccio vitale di
interdipendenze tra le
specie tipico di ogni
comunità di viventi.
Il fiore dell’orchidea Ophrys apifera attira
le api sia per l’aspetto sia per l’odore.
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Il mutualismo tra insetti e piante:
impollinazione e oltre
• Un buon esempio di mutualismo è
rappresentato dalle interazioni tra determinate
specie di piante e di animali (per esempio, il
fiore dell’orchidea Ophrys apifera e le api che
ne assicurano l’impollinazione, oppure
l’Acacia cornigera e le formiche che la
difendono dai predatori).
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La coevoluzione è frutto di una
lunga interazione tra due specie
• La coevoluzione si verifica quando due
specie si adattano reciprocamente,
rispondendo ciascuna alla pressione
selettiva imposta dall’altra.
• Gli organismi interessati da relazioni
simbiotiche sono particolarmente inclini a
coevolvere con gli organismi ad essi
associati.
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La biogeografia delle isole è un buon
modello per lo studio della biodiversità
• La dimensione di un’isola e la sua distanza
dalla terraferma influenzano la biodiversità della
comunità insulare.
• Un ambiente caratterizzato da un mosaico di
habitat diversi riesce a conservare più
ricchezza di specie e, quindi, tende a possedere
una più alta biodiversità.
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Modello dell’equilibrio della ricchezza di specie rispetto
all’isolamento e alla grandezza di un’isola.
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Nel corso di una successione ecologica
cambiano la composizione della comunità e la
biodiversità
• Una successione ecologica è una sequenza di
cambiamenti nella composizione e diversità specifica di una
comunità che si instaura in seguito a una perturbazione.
• La successione primaria avviene in aree prive di suolo
strutturato.
• La successione secondaria avviene in aree in cui è già
presente il suolo; le prime piante che si insediano in un’area
dando inizio alla successione secondaria sono dette specie
pioniere.
• La successione ecologica in una determinata area porta
sempre verso lo stesso tipo di comunità finale matura,
chiamata comunità climax.
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Successione secondaria in una piantagione di conifere rasa al suolo.
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Gli ecosistemi si compongono di
elementi biotici e abiotici /1
• I componenti biotici comprendono tutti gli
organismi viventi.
• I componenti abiotici comprendono le
risorse, come la luce solare e i nutrienti
inorganici, e le condizioni fisiche, come il tipo
di suolo, la disponibilità di acqua, la
temperatura, il vento.
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Gli ecosistemi si compongono di
elementi biotici e abiotici /2
• Gli organismi autotrofi svolgono il ruolo di produttori.
• Gli organismi eterotrofi svolgono il ruolo di
consumatori: questa categoria comprende gli erbivori, i
carnivori e gli onnivori.
• Gli animali spazzini si nutrono dei resti di animali e di
piante morti.
• Il detrito è composto dai resti di materia organica nel
terreno o nell’acqua negli stadi finali della
decomposizione.
• Gli organismi decompositori comprendono i batteri e
i funghi.
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Schema generale del flusso di energia e ciclo dei nutrienti
in un ecosistema.
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Gli ecosistemi dipendono da un flusso
di energia e dai cicli di nutrienti
• L’energia fluisce attraverso un ecosistema poiché,
quando i nutrienti vengono trasferiti da un componente
all’altro dell’ecosistema, una parte dell’energia viene
trasformata in una forma utilizzabile e una parte viene
dissipata sotto forma di calore.
• I nutrienti vengono riciclati, poiché passano da un
componente all’altro dell’ecosistema finché i
decompositori rilasciano gli elementi chimici nel suolo,
nell’acqua o nell’atmosfera, dove i produttori possono
assorbirli instaurando così un nuovo ciclo biogeochimico.
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Il flusso di energia scorre attraverso le reti
alimentari
• Una rete alimentare è un diagramma del flusso di energia
che descrive le relazioni trofiche (alimentari).
• La rete del pascolo inizia con un produttore, come una
quercia che produce ghiande.
• La rete del detrito ha inizio con la produzione di scarti di
vario genere.
• Le reti del pascolo e del detrito sono interconnesse.
• I singoli diagrammi del flusso di energia che collegano i vari
organismi sono chiamati catene alimentari.
• Un livello trofico è costituito dagli organismi che occupano
la stessa posizione all’interno di una rete o di una catena
alimentare.
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Rete del pascolo
(in alto) e rete del
detrito (in basso).
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Le piramidi ecologiche sono basate sui
livelli trofici degli organismi
• Una piramide
ecologica è una
rappresentazione
grafica del numero di
organismi, della
biomassa o del
contenuto relativo di
energia dei livelli trofici
di un ecosistema.
Piramide ecologica basata sulla biomassa
dei vari livelli trofici di un piccolo lago.
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Nei cicli biogeochimici gli elementi
passano attraverso le riserve, i serbatoi
di scambio e la comunità dei viventi
• Un ciclo biogeochimico può essere di tipo
sedimentario (ciclo del fosforo) o gassoso (cicli
del carbonio e dell’azoto).
• I cicli biogeochimici coinvolgono una serie di
elementi generali: le riserve, i serbatoi di
scambio e la comunità dei viventi.
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Il ciclo del fosforo è di tipo sedimentario
• Il fosforo, intrappolato nei sedimenti oceanici,
raggiunge la superficie grazie a sollevamenti di tipo
geologico.
• In superficie, gli eventi meteorici lentamente
consumano le rocce portando ioni fosfato nel
terreno.
• La maggior parte dei fosfati viene riciclata
all’interno di una comunità; i fosfati costituiscono
generalmente dei nutrienti limitanti per le piante.
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Il ciclo del fosforo.
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Il ciclo dell’azoto è di tipo gassoso /1
• Le piante non sono in grado di utilizzare l’azoto
in forma gassosa (N2) presente nell’atmosfera.
• Nel ciclo dell’azoto, la fissazione dell’azoto
avviene quando la forma gassosa (N2) viene
convertita nello ione ammonio (NH4+), utilizzabile
dalle piante.
• La nitrificazione è la produzione di nitrati nel
ciclo dell’azoto, mentre la denitrificazione è la
riconversione dei nitrati in azoto gassoso, che
viene reimmesso nell’atmosfera.
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Il ciclo dell’azoto è di tipo gassoso /2
• L’attività umana altera in modo significativo i
tassi di trasferimento nel ciclo dell’azoto,
raddoppiando quasi la quota globale di fissazione
dell’azoto.
• Le deposizioni acide hanno luogo quando gli
ossidi di azoto rilasciati nell’atmosfera dalle attività
umane si combinano con il vapore acqueo,
formando acidi che ritornano sulla superficie
terrestre con le precipitazioni acide.
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Il ciclo dell’azoto.
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Il ciclo del carbonio è di tipo gassoso
• Il diossido di carbonio (CO2) presente
nell’atmosfera rappresenta il serbatoio di scambio
del ciclo del carbonio; gli organismi terrestri e
acquatici scambiano infatti CO2 con l’atmosfera.
• Gli organismi (vivi e morti) contengono carbonio
organico e nel ciclo rappresentano quindi una
riserva.
• Le attività umane aumentano i livelli di CO2 e di
altri gas serra nell’atmosfera, contribuendo al
riscaldamento globale.
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Il ciclo del carbonio.
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