Ecologia e dinamiche degli ecosistemi: Teoria per il test di ingresso

È comune trovare domande dedicate all’ecologia e alle sue definizioni nei test di ingresso di varie materie. In questi esercizi, vengono spesso richieste informazioni riguardo la struttura degli ecosistemi, i rapporti tra le specie e la circolazione della materia.

Qui ci concentriamo sugli aspetti fondamentali per rispondere a quesiti a crocette, mettendo in evidenza i concetti chiave. Spesso i test includono quiz su popolazioni, catene alimentari, cicli biogeochimici e altre nozioni che illustreremo, così da chiarire cosa sia davvero importante sapere.

Cosa si intende per Ecologia e concetti di base

La scienza ecologica esamina la relazione tra organismi viventi e ambiente, affrontando temi come la distribuzione delle specie, le condizioni di vita e i fattori fisici e biologici che incidono su ogni forma di vita.

• Ecosistema: rappresenta un’unità funzionale composta da una comunità biologica (o biocenosi) e dal biotopo in cui essa si sviluppa.
• Popolazione: indica un insieme di individui della stessa specie, localizzati nella stessa zona e nello stesso periodo.
• Comunità (biocenosi): include tutti i gruppi di animali e vegetali (e non solo) che convivono in un’area definita. Se ci si focalizza sui soli animali, si parla di zoocenosi, mentre le piante costituiscono la fitocenosi.
• Biotopo: è lo spazio fisico in cui una comunità si insedia.
• Habitat: luogo in cui una specie specifica riesce a svilupparsi e riprodursi.
• Nicchia ecologica: descrive la funzione di una popolazione nell’insieme dell’ecosistema. Comprende interazioni, preferenze ambientali, risorse utilizzate e ruolo trofico.
• Bioma: aggregato di ecosistemi che contraddistinguono vaste aree della Terra, identificabili in base al tipo di vegetazione principale e al clima. I biomi più noti (come tundra, taiga, deserto, foresta pluviale e così via) mostrano adattamenti vegetali simili in aree anche molto distanti, purché con condizioni ecologiche paragonabili.
• Biosfera: l’intero insieme di ambienti terrestri, acquatici e atmosferici in cui vivono gli organismi.

Alcuni esempi di biomi in sintesi diversa

• Tundra: prevalgono muschi, licheni ed erbe di taglia bassa; spesso presente in zone sub-polari.
• Taiga (foresta boreale): dominata da conifere e caratterizzata da inverni lunghi.
• Foresta decidua (a latifoglie): molte piante caducifoglie, in regioni con variazioni stagionali marcate.
• Foresta pluviale: vegetazione sempreverde in ambienti molto umidi.
• Prateria: erbacee come graminacee, dove le precipitazioni non bastano a sostenere una foresta.
• Deserto: scarse o nulle precipitazioni, con vegetazione ridotta e adattata alla carenza d’acqua.

Catene alimentari, reti trofiche ed energia

Molti test includono quesiti su catene alimentari e livelli trofici. È importante ricordare che:

• Una catena alimentare descrive il passaggio di energia e nutrienti dagli organismi autotrofi (detti produttori) ai consumatori (erbivori, carnivori ecc.), fino ai decompositori.
• I produttori sfruttano composti inorganici (e la luce solare, quando parliamo di piante fotosintetiche) per sintetizzare molecole organiche.
• I consumatori primari (erbivori) si nutrono dei produttori; i consumatori secondari e terziari (carnivori) si alimentano di animali di ordine trofico inferiore.
• I decompositori (batteri, funghi e altri organismi) riciclano il materiale organico morto, restituendo composti semplici all’ambiente.

Poiché ogni specie può essere preda o predatrice di più organismi, si formano reti alimentari più complesse di una semplice catena. L’energia diminuisce progressivamente a ogni passaggio trofico, spesso con perdite medie del 90% al livello successivo, visibili nella piramide dell’energia.

Man mano che si sale, si riducono anche la biomassa e il numero di individui.

Come circola la materia: i cicli biogeochimici

Quando si studiano cicli del carbonio, azoto e fosforo, i quiz a crocette tendono a verificare se il candidato sa come questi elementi passano dalla componente abiotica (aria, acqua, suolo) a quella biotica (produttori, consumatori, decompositori) e viceversa.

Ciclo del carbonio

• La CO₂ atmosferica viene assorbita dalle piante (terrestri e acquatiche) per la fotosintesi.
• Gli organismi immagazzinano il carbonio, che viene liberato nuovamente come CO₂ per effetto di respirazione, fermentazione, decomposizione e combustione.
• Il carbonato di calcio di alghe o gusci animali sul fondo marino può trasformarsi in rocce calcaree, che restituiscono CO₂ all’atmosfera, ad esempio durante eruzioni vulcaniche.

Ciclo del fosforo

• Il fosforo affiora nel terreno e nelle acque grazie al dissolvimento delle rocce che lo contengono.
• Le piante assorbono composti fosfati e li trasferiscono agli erbivori e poi ai carnivori.
• Le escrezioni e i resti organici rilasciano fosforo nell’ambiente, dove i batteri riconvertono il fosforo organico in fosfati.
• Una quota rilevante di fosforo può sedimentare sui fondali marini, tornando disponibile in tempi molto lunghi.

Ciclo dell’azoto

• Le piante assorbono azoto in forma di nitrati (NO₃⁻) e lo incorporano in molecole organiche come amminoacidi.
• Gli organismi decompositori convertono l’azoto organico in ammoniaca (NH₃), in un passaggio chiamato ammonificazione.
• I batteri specializzati svolgono la nitrificazione, ossidando l’ammoniaca a nitriti (NO₂⁻) e poi a nitrati (NO₃⁻).
• Alcuni batteri possono fissare l’azoto atmosferico (N₂), trasformandolo in azoto organico sfruttabile dalle piante.
• I processi di denitrificazione chiudono il ciclo, convertendo i nitrati in N₂ rilasciato nuovamente nell’atmosfera.

Fattori ambientali e limitanti

Ogni fattore ecologico (come temperatura, luce, disponibilità idrica, nutrienti chimici, competizione biologica) può condizionare la crescita di una popolazione. Quando un fattore è particolarmente scarso o elevato, diventa un fattore limitante.

• La luce è spesso limitante per le piante.
• La quantità di ossigeno nell’acqua può limitare gli animali acquatici.
• Azoto e fosforo sono fra i fattori che più frequentemente condizionano la produttività vegetale.

Secondo la legge del minimo (o di Liebig), il fattore presente in quantità meno favorevole restringe la crescita della popolazione più degli altri. Inoltre, un fattore può risultare negativo anche se presente in eccesso.

La valenza ecologica indica la tolleranza di una specie alle fluttuazioni dei vari fattori ambientali. Alcune specie (euriece) tollerano range molto ampi, altre (stenoecie) sopravvivono solo in condizioni ben determinate.

Crescita delle popolazioni

Il potenziale biotico è il massimo tasso di incremento di una popolazione se non esistessero limiti ambientali. In natura, però, i fattori limitanti frenano l’espansione numerica. Nei grafici che descrivono l’aumento degli individui nel tempo si osserva inizialmente una crescita accelerata, poi un rallentamento, fino a stabilizzarsi su un massimo chiamato capacità portante. Quando si raggiunge questo equilibrio, il tasso di natalità bilancia il tasso di mortalità.

Interazioni tra specie

Competizione

La competizione si verifica quando due gruppi di organismi condividono la stessa risorsa. È un rapporto negativo per entrambe le specie, poiché ciascuna limita l’altra. Se riguarda esemplari della stessa specie si parla di competizione intraspecifica; se coinvolge specie diverse, si parla di competizione interspecifica. Il principio di esclusione competitiva afferma che due specie con la medesima nicchia ecologica non riescono a coesistere stabilmente sullo stesso territorio.

Predazione

La predazione è il processo mediante cui un individuo (predatore) uccide e consuma un altro organismo (preda). È un fattore di selezione importante e contribuisce a regolare le popolazioni coinvolte.

Parassitismo

Il parassita vive sull’ospite o al suo interno, traendo nutrimento a spese di quest’ultimo. È un meccanismo simile alla predazione, ma spesso l’ospite rimane in vita a lungo, fornendo risorse al parassita.

Simbiosi

Esistono rapporti positivi che avvantaggiano almeno una delle specie:

• Commensalismo: una specie trae beneficio, l’altra non subisce né danno né vantaggio.
• Mutualismo: entrambi i soggetti traggono un beneficio reciproco. Può essere obbligatorio (le due specie non sopravvivono separate) o facoltativo (cooperano, ma possono anche vivere indipendentemente).

Alterazioni ambientali e inquinamento

I fenomeni di inquinamento sono spesso oggetto di domande mirate nei test, perché richiedono di saper collegare il comportamento umano agli effetti sull’ambiente:

• Effetto serra: l’anidride carbonica (e altri gas serra) trattiene radiazioni infrarosse emesse dalla Terra, riscaldando l’atmosfera. L’eccesso di CO₂ immessa dalle attività umane contribuisce a cambiamenti climatici preoccupanti.
• Buco nell’ozono: si osserva una riduzione dell’ozonosfera (lo strato di ozono atmosferico) per via di sostanze come i CFC, alterando la protezione dai raggi ultravioletti.
• Piogge acide: l’emissione di ossidi di zolfo e di azoto da attività industriali e mezzi di trasporto abbassa il pH delle precipitazioni, danneggiando foreste, ambienti acquatici e monumenti.
• Eutrofizzazione: l’eccessiva presenza di nitrati e fosfati nelle acque innesca una crescita eccessiva di alghe e piante, portando a squilibri e riduzione di ossigeno disponibile per la fauna.
• Pesticidi e biocidi: sono sostanze chimiche usate per controllare parassiti vegetali e animali, ma possono risultare tossiche e persino cancerogene. Alcuni composti, come il DDT, si bioaccumulano lungo la catena alimentare, raggiungendo concentrazioni molto alte nei predatori apicali.
• Sostanze non biodegradabili: se non possono essere decomposte dai comuni processi naturali, si accumulano nei tessuti degli organismi e passano da un livello trofico all’altro con effetti nocivi crescenti.

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