1 Sylvia S Mader Immagini e concetti della

1

Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità 2

Capitolo 3 Le comunità e gli ecosistemi Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 3

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 4

La competizione si osserva solamente quando le due specie di Paramecium vengono allevate insieme, nello stesso recipiente di coltura. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 5

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 6

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 7

Specializzazione della nicchia ecologica tra cinque specie di dendroiche convivono nello stesso habitat. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 8

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 predatore nelle foreste di abeti del Nord America. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 9

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 10

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). Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 11

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 12

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 I pesci pagliaccio vivono protetti tra i tentacoli urticanti degli anemoni di mare (animali sessili del phylum cnidari). 13

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 14

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 la difendono dai predatori). Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 15

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 16

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 17

Modello dell’equilibrio della ricchezza di specie rispetto all’isolamento e alla grandezza di un’isola. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 18

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 19

Successione secondaria in una piantagione di conifere rasa al suolo. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 20

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 21

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 22

Schema generale del flusso di energia e ciclo dei nutrienti in un ecosistema. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 23

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 24

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 25

Rete del pascolo (in alto) e rete del detrito (in basso). Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 26

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 27

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 28

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 29

Il ciclo del fosforo. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 30

Il ciclo dell’azoto è di tipo gassoso /1 • Le piante non sono in grado di utilizzare l’azoto in forma gassosa (N 2) presente nell’atmosfera. • Nel ciclo dell’azoto, la fissazione dell’azoto avviene quando la forma gassosa (N 2) viene convertita nello ione ammonio (NH 4+), 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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 31

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. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 32

Il ciclo dell’azoto. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 33

Il ciclo del carbonio è di tipo gassoso • Il diossido di carbonio (CO 2) presente nell’atmosfera rappresenta il serbatoio di scambio del ciclo del carbonio; gli organismi terrestri e acquatici scambiano infatti CO 2 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 CO 2 e di altri gas serra nell’atmosfera, contribuendo al riscaldamento globale. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 34

Il ciclo del carbonio. Mader Immagini e concetti della biologia Ambiente e sostenibilità Materiali prodotti dalla redazione © Zanichelli 2014 35