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Luomo, i viventi, lambiente Lezione 4 Ecosistemi e loro funzionamento: collegamenti in natura Luca Fiorani.

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Presentazione sul tema: "Luomo, i viventi, lambiente Lezione 4 Ecosistemi e loro funzionamento: collegamenti in natura Luca Fiorani."— Transcript della presentazione:

1 Luomo, i viventi, lambiente Lezione 4 Ecosistemi e loro funzionamento: collegamenti in natura Luca Fiorani

2 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente L'ecologia e la vita Come abbiamo già visto, la parola ecologia deriva dal greco οίκος (oikos) e λόγος (logos) e significa quindi studio dellambiente. Il termine risale al 1866, quando Ernst Haeckel lo definì come lindagine delle relazioni di un animale con il suo contesto che, secondo Darwin, sono le condizioni della lotta per lesistenza. 2

3 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente L'ecologia e la vita 3 Organismo Specie (stimate milioni, note 1.8 milioni) Popolazione (diversità genetica) Comunità (habitat) Ecosistema Biosfera o ecosfera

4 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente L'ecologia e la vita Farfalle monarca ed euforbia Diversità genetica nella chiocciola dei Caraibi 4

5 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente L'ecologia e la vita Che cos'è la vita? gli organismi viventi sono formati da cellule che hanno strutture interne e funzioni altamente organizzate (dai batteri in su) gli organismi viventi hanno molecole di DNA tipico in ciascuna cellula gli organismi viventi catturano e trasformano la materia e l'energia dall'ambiente per soddisfare le loro necessità per la sopravvivenza, la crescita e la riproduzione (metabolismo) 5

6 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente L'ecologia e la vita gli organismi viventi mantengono condizioni interne favorevoli nonostante i cambiamenti nell'ambiente esterno, se questo non è stressato gli organismi viventi si perpetuano attraverso la riproduzione, cioè la produzione di figli da parte di uno o più genitori (riproduzione asessuata e sessuale) gli organismi viventi si adattano ai cambiamenti delle condizioni ambientali attraverso il processo di evoluzione 6

7 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente I sistemi che sostengono la vita sulla Terra Atmosfera (troposfera, stratosfera) Idrosfera (criosfera) Litosfera Biosfera o ecosfera Noosfera (Pierre Teilhard de Chardin, paleontologo e teologo) 7

8 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente I sistemi che sostengono la vita sulla Terra La vita sulla Terra dipende da tre fattori: flusso di energia di alta qualità dal Sole (torna nello spazio come energia di bassa qualità) ciclo della materia (apporto trascurabile dallo spazio) gravità (trattiene l'atmosfera e garantisce i cicli) 8

9 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente I sistemi che sostengono la vita sulla Terra Il Sole: fornisce l'energia per la fotosintesi alimenta il ciclo della materia guida i sistemi climatici (distribuzione di calore e acqua dolce sulla superficie terrestre) riscalda l'atmosfera (effetto serra naturale) 9

10 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema Bioma: vasta regione caratterizzata da condizioni climatiche e forme di vita, specialmente vegetali (foresta, prateria, deserto…) Zone di vita acquatica 10

11 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema Bioma: contiene molti ecosistemi Ecosistema: comprende componenti abiotici (acqua, aria, nutrienti ed energia solare) e biotici (microorganismi, piante, animali) Biota: insieme dei componenti biotici 11

12 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema Ecosistema d'acqua dolce 12

13 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema Ecosistema in un campo 13

14 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema Ambito di tolleranza ai componenti abiotici 14

15 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema Legge della tolleranza: l'esistenza, l'abbondanza e la distribuzione di una specie in un ecosistema sono determinate dal livello di uno o più fattori fisici e chimici che cadono all'interno del suo ambito di tolleranza In altre parole ci sono limiti minimi e massimi per le condizioni fisiche e chimiche (limiti di tolleranza) oltre i quali nessun organismo di una specie può sopravvivere 15

16 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema Molti fattori influiscono su una popolazione Il fattore limitante è quello più importante Principio del fattore limitante: qualsiasi fattore abiotico in dosi troppo piccole o troppo grandi può limitare o impedire la crescita di una popolazione, anche se tutti gli altri fattori sono nell'ambito ottimale di tolleranza Es.: terreno con acqua, azoto, potassio… a livelli ottimali ma privo di fosforo: il grano non cresce (anche il troppo stroppia!) Ecosistemi marini: O 2 disciolto, nutrienti, salinità 16

17 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema Gli organismi sono produttori o consumatori I produttori (autotrofi) ottengono il cibo dai composti dell'ambiente con la fotosintesi: 6 CO H 2 O + energia solare C 6 H 12 O O 2 o dalla chemiosintesi (senza energia solare) I consumatori (eterotrofi) sono erbivori (consumatori primari), carnivori (secondari se si nutrono solo di primari, terziari se si nutrono solo di altri carnivori), onnivori, saprofagi, detritivori e decompositori (mangiano tutto ciò che è biodegradabile e chiudono il ciclo dei composti) 17

18 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema 18

19 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema Respirazione aerobica (respirazione): C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O + energia Respirazione anaerobica (fermentazione): C 6 H 12 O 6 (o altri composti organici) metano, alcol etilico, acido acetico, acido solfidrico + energia Un organismo dipende dal flusso di materia e di energia L'ecosistema dipende dalla ricircolazione di materia e dal flusso di energia Importanza dei decompositori 19

20 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Concetti e componenti dell'ecosistema 20

21 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema 21 La sequenza di organismi, ciascuno dei quali è fonte di cibo per il successivo, è chiamata catena alimentare La catena alimentare determina il flusso di materia e di energia Livello trofico

22 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema 22 Gli ecosistemi reali sono più complessi: i consumatori mangiano e sono mangiati da più di un organismo Rete alimentare: insieme delle catene alimentari Rimangono i livelli trofici

23 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema 23 Ciascun livello trofico contiene biomassa (materia organica secca) L'energia è trasferita da un livello all'altro (parte è dispersa come calore) Efficienza ecologica: se è il 10% e le piante di un ecosistema catturano 10,000 kcal, 1000 saranno disponibili per gli erbivori e 100 per i carnivori Piramide del flusso di energia Se consumassimo più vegetali, la Terra potrebbe sostenere una popolazione maggiore

24 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema 24 Ecosistema acquatico Silver Spring Unità: kcal m -2 y -1

25 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema 25 Piramide di biomassa Piramide dei numeri

26 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema 26 Produttività primaria lorda (PPL): velocità con cui i produttori usano la fotosintesi per far aumentare la loro biomassa Produttività primaria netta (PPN): PPL meno la velocità con cui i produttori usano la respirazione per la vita (riducendo la loro biomassa) La produttività primaria si misura in g m -2 y -1 La PPN della Terra ne determina la capacità portante per tutte le specie

27 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema 27

28 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema 28

29 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema 29 Dovremmo coltivare estuari, paludi e foreste pluviali? Probabilmente non funzionerebbe: ad es., nelle foreste pluviali, il suolo è povero Il terreno agricolo, nonostante i fertilizzanti, non è il più produttivo L'umanità usa, spreca o distrugge circa il 40% della PPN degli ecosistemi terrestri: se la popolazione raddoppiasse, non resterebbe molto alle altre forme di vita

30 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Il ciclo della materia nell'ecosistema 30 Un nutriente è qualsiasi atomo, ione o molecola necessario a un organismo per vivere, crescere o riprodursi Alcuni elementi (C, O, H, N, P, S, Ca) sono necessari in grandi quantità, altri (Na, Zn, Cu, I) in misura minore I nutrienti sono riciclati nei cicli dei nutrienti o cicli biogeochimici (connessione passato-futuro) I cicli biogeochimici sono alimentati dall'energia solare e guidati dalla gravità

31 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Il ciclo della materia nell'ecosistema 31 Ciclo dell'acqua

32 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Il ciclo della materia nell'ecosistema 32 Umidità assoluta e relativa Nuclei di condensazione (ceneri vulcaniche, sali marini, particolato industriale…) Punto di rugiada Modellazione del paesaggio Impatti: prelievo (esaurimento della falda, salinizzazione…) disboscamento (erosione, inondazioni, impoverimento della falda…) inquinamento (eutrofizzazione)

33 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Il ciclo della materia nell'ecosistema 33 Ciclo del carbonio Mediante CO 2 regola il clima Impatti: combustibili fossili e deforestazione

34 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Il ciclo della materia nell'ecosistema 34 Ciclo dell'azoto

35 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Il ciclo della materia nell'ecosistema 35 Impatti: emissione di NO (bruciando i combustibili) che si trasforma in NO 2 e in HNO 3 (piogge acide: alterazione dei sistemi acquatici, proliferazione delle erbacce, degradazione dei monumenti…) emissione di NO 2 (batteri che agiscono sui rifiuti) gas serra e killer dell'ozono rimozione dalla crosta terrestre (miniere) rimozione dal suolo (bruciando, disboscando, irrigando) immissione nelle acque (eutrofizzazione)

36 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Il ciclo della materia nell'ecosistema 36 Ciclo del fosforo

37 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Il ciclo della materia nell'ecosistema 37 I batteri sono meno importanti Poco fosforo circola in atmosfera (polvere) Il ciclo è lento Il fosforo è presente sotto forma di sali fosfatici nelle rocce e nei sedimenti Il fosforo è spesso un fattore limitante Impatti: estrazione mineraria deforestazione e dilavamento immissione nelle acque (eutrofizzazione)

38 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Il ciclo della materia nell'ecosistema 38 Ciclo dello zolfo Lo zolfo è presente sotto forma di solfati nelle rocce e nei sedimenti Circa un terzo dello zolfo atmosferico è antropico Impatti: immissione (piogge acide) bruciando i combustibili fossili raffinando il petrolio producendo i metalli

39 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Come fanno gli ecologi a conoscere gli ecosistemi? 39 Ricerca sul campo: "biologia degli stivali fangosi", anche con telerilevamento e GIS Ricerca in laboratorio: osservando un ecosistema modello si scompone la complessità (esperimenti controllati) e si analizza la causalità Analisi dei sistemi: sviluppo di modelli al computer che simulano i sistemi, riproducendone la complessità L'analisi dei sistemi necessita della ricerca in laboratorio e deve essere validata sul campo

40 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente I servizi dell'ecosistema e la sostenibilità 40 Gli ecosistemi forniscono servizi all'uomo (capitale naturale): diversità genetica, specifica ed ecologica (la biodiversità è la polizza naturale contro i disastri) aria, acqua, cibo, energia, materie prime, sostanze chimiche… (centinaia di miliardi di $) riciclaggio, purificazione, controllo degli infestanti Gli ecosistemi raggiungono la sostenibilità: usando l'energia solare (rinnovabile) riciclando i nutrienti

41 Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente 41 Fine della lezione…


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