Ecologia e didattica dell'ecologia, Appunti di Ecologia

Scarica Ecologia e didattica dell'ecologia e più Appunti in PDF di Ecologia solo su Docsity! 1 Ecologia e didattica dell’Ecologia L’ecologia è lo studio delle interazioni tra gli organismi viventi e l’ambiente che li circonda. NON è sinonimo di ambientalismo. Ecologia (Oikos= casa, Logos=studio) è un termine coniato per la prima volta da Haeckel nel 1866, è una data tardiva se si pensa che ci sono studiosi che studiano animali e piante dall’antica Grecia. L’ecologia è nata tardi perché prima era considerata una scienza di serie B rispetto alla matematica, biologia, zoologia.. Solo 2 secoli fa ci si è cominciato a chiedere come funzionano le cose, si è notato che esistevano relazioni tra gli organismi, fattori che si ripetevano nel comportamento degli animali, piante che vivevano in alcuni ambienti e non in altri e gli scienziati hanno iniziato a chiedersi il perché. Ora è divenuta una scienza interdisciplinare perché si avvale di tanti strumenti e tante conoscenze di altre discipline. Le competenze dell’ecologia sono: • Stabilire dove gli organismi sono presenti Ambiente à Condizioni fisiche e biologiche che formano il contesto che circonda un organismo. (es: oceano intorno alla tartaruga e savana intorno al leone) Ecosistema à È un insieme definito costituito da organismi viventi (animali e vegetali) che interagiscono tra loro e con l’ambiente che li circonda. Sistema costituito da tante freccette che collegano piante e animali. (Es: Volpe mangia coniglio, il coniglio mangia l’erba, ma anche i fiorellini e altro..) Habitat à Area geografica caratterizzata da determinati livelli di condizioni e risorse e descritta per esempio dalla comunità della vegetazione dominante. (es: bosco, duna, deserto.) È un concetto diverso da ambiente: l’Habitat del cammello è il deserto, l’ambiente del cammello può cambiare: oasi, deserto o zoo. Nicchia ecologica: Non è uno spazio fisico, è un concetto astratto, è il ruolo che un organismo ha in un ecosistema. Nicchia potenziale: è lo spazio occupabile da una specie se non ci fosse nessun disturbo (es: il lupo può vivere in pianura ma alla fine non ci vive perché ci sono gli uomini che gli danno fastidio). Nicchia realizzata: è la porzione di nicchia potenziale occupata in una comunità in presenza di competitori. • Analizzare i fattori abiotici e biotici Fattori ecologici: ogni variabile fisica, chimica e biologica dell’ambiente in grado di influire sulla vita di un organismo, almeno in una fase del suo ciclo vitale. 2 à Fattori Abiotici (non biologici): clima, caratteristiche fisico-chimiche del suolo, dell’acqua, della luce; à Fattori Biotici (interazioni): competizione, predazione, parassitismo, simbiosi, mutualismo; Fattori limitanti (es: nell’acquario bisogna stare attenti alla temperatura dell’acqua e al pH). • Studiare lo sviluppo successionale degli ecosistemi Gli ecosistemi non sono stabili nel tempo ma subiscono variazioni come risultato dell’evoluzione delle interazioni tra i membri della componente biotica e tra quest’ultima e le componenti abiotiche. Nell’ambiente le cose cambiano: quando c’è una colata lavica si parte da zero, sul suolo non c’è alcun tipo di materiale organico. A un certo punto però iniziano a crescere delle specie che creano nuove condizioni. Il boschetto che nasce sulle colate laviche a un certo punto muore e va a creare un piccolo strato di humus da cui può nascere una piccola piantina che può attirare anche degli insetti. Nel corso del tempo questo porterà ad avere un prato, un cespuglieto e infine un bosco. Esistono due tipi di successioni: o Successione primaria: si parte da una condizione iniziale nella quale non si era ancora instaurato nessun fenomeno di evoluzione (es. colata lavica, frana..) o Successione secondaria: si parte da una condizione iniziale nella quale si è tornati indietro da una fase più evoluta e si instaura un nuovo fenomeno di evoluzione (es: situazione di incendio che non è così distruttiva come le colate laviche) • Studiare processi vitali, interazioni, adattamenti Relazioni che ci sono tra gli organismi e l’ambiente. SPECIE à Le specie sono gruppi di individui realmente o potenzialmente e illimitatamente interfecondi, separati riproduttivamente da altri gruppi simili. La popolazione biologica è un gruppo di organismi della stessa specie che occupa una particolare area geografica nella quale i singoli individui possono interagire ed accoppiarsi liberamente. La comunità biologica, invece, è l’insieme delle specie che occupano una parte di territorio ed interagiscono fra loro (condivisione di area geografica). Ruolo ecologico degli organismi ñ Produttori: organismi vegetali; ñ Consumatori: erbivori; ñ Consumatori secondari: carnivori che si nutrono di erbivori; ñ Consumatori terziari: carnivori che si nutrono di ogni altro animale; ñ Decompositori: funghi, invertebrati, batteri (permettono il ricircolo della materia vivente). 5 Tansley aveva le stesse idee di Clements e vedeva le piante come un insieme complesso. Considera gli organismi e il mondo fisico in un sistema integrato che chiama ecosistema. Lindeman ha scoperto che un elemento importante nell’ambiente è l’energia disponibile, ovvero ciò che fa funzionare gli ecosistemi. Hutchinson e i fratelli Odum sviluppano idee complesse: tutto è connesso, gli organismi sono estremamente correlati, i sistemi naturali si possono autoregolare. ñ Ecologia animale: L’ecologia animale si sviluppa abbastanza indipendentemente dall’ecologia vegetale grazie al lavoro di diversi zoologi. Gli animali sono considerati da un lato più attraenti ma allo stesso tempo più “noiosi” perché gli studi su di essi tendono a focalizzarsi quasi esclusivamente sull’osservazione del loro comportamento. Uno dei ricercatori più importanti è stato Lorentz. Il metodo scientifico è alla base di tutte le scienze, anche dell’ecologia. È stato formulato da Galileo Galilei ed è il modo con cui la scienza procede per raggiungere una conoscenza della realtà oggettiva, affidabile, verificabile e condivisibile. Consiste nella raccolta di dati empirici sotto la guida delle ipotesi e teorie da vagliare e nell’analisi rigorosa, logico-razionale di questi dati. 1) Osservazione à anche se qualcosa non può essere osservato direttamente, può essere comunque studiato. L’osservazione deve essere ripetibile; 2) Formulazione di una domanda à la domanda si focalizza sul cercare di trovare una spiegazione all’andamento osservato; 3) Formulazione di un’ipotesi à supposta risposta alla domanda. Tipicamente identifica una relazione di causa-effetto che possa essere verificato sperimentalmente; 4) Verificare l’ipotesi à raccolta dei dati che possono supportare o meno l’ipotesi. Per essere certi della validità dell’ipotesi è necessario poi condurre degli esperimenti (in campo o in laboratorio). Nella ricerca ecologica bisogna considerare sempre anche le relazioni tra gli organismi. Esiste però una contrapposizione tra i sostenitori del metodo induttivo e quelli del metodo deduttivo. • Il metodo induttivo è un procedimento che cerca di stabilire una legge universale partendo da casi singoli particolari; • Il metodo deduttivo, al contrario, procede dall’universale al particolare. La verità delle premesse garantisce la verità della conclusione. Es: tutti gli uomini sono mortali; Socrate è un uomo; dunque, Socrate è mortale. Gli scienziati utilizzano le conoscenze ottenute da osservazioni ed esperimenti per costruire modelli e fare previsioni. I modelli sono rappresentazioni astratte e semplificate di sistemi reali. In ambito ecologico siamo limitati dal fatto che le nostre osservazioni sono spesso in numero finito. Inoltre, raramente vi è solo una spiegazione per un determinato fenomeno. 6 EVOLUZIONE L’evoluzione è una modificazione nel tempo di diverse caratteristiche fisiche, genetiche e biologiche di una specie. Le cause dell’evoluzione sono: i cambiamenti che avvengono nell’ambiente e le variazioni genetiche casuali (la maggior parte delle modificazioni avviene in aree del DNA che non sono importanti, talvolta le modificazioni possono portare però a cambiamenti importanti che possono essere sia negativi che positivi). Considerando che ci sono stati tanti cambiamenti nel corso del tempo, si sono formate tantissime specie diverse. C’è stata una grande diversificazione degli esseri viventi a partire dalle cellule iniziali. L’adattamento è il complesso di modificazioni morfologiche, fisiologiche o comportamentali di un organismo volte a migliorare la possibilità di sopravvivere in determinate condizioni ambientali. Adattamento à modificazione che dà un vantaggio. Evoluzione à può essere neutra o negativa. L’adattamento si ravvisa spesso nel corpo dell’animale, perché il corpo ha delle forme che facilitano la sua funzione. (ES: il colibrì ha il becco lunghissimo che gli serve a impollinare quei fiori che hanno la corolla molto lunga. Queste sono modificazioni che avvengono casualmente!!) Due specie in natura possono presentare delle somiglianze per due diverse cause: per analogia o omologia. Analogia à le specie si assomigliano perché vivono in ambienti simili e fanno cose simili (ES: somiglianza arti di squali, tartarughe, delfini e pinguini che sono rispettivamente: pesci, rettili, mammiferi e uccelli) Omologia à le caratteristiche sono simili per una discendenza da un antenato comune. Le omologie sono state utilizzate per identificare i legami di parentela tra le specie esistenti. Analogie à convergenze evolutive: due specie sono arrivate a somigliarsi non perché sono parenti ma perché vivevano in un posto simile. L’evoluzionismo è un concetto molto complesso, per trattare questo argomento, i bambini devono già avere dei prerequisiti, come per esempio: devono avere chiaro che ci sia una varietà nei viventi, che gli animali vivono in alcuni posti e non in altri.. • Si può spiegare l’evoluzione senza spiegare com’è nata la vita, senza scomodare le varie religioni, ciò che importante è che sappiano che la vita cambia. • Per fargli capre la diversità, occorre che il bambino passi un po’ di tempo all’aperto, è importante che percepiscano la diversità non solo dai documentari o dalle immagini. • Un importante concetto da spiegare è che la variazione non avviene nel singolo individuo (es: da una mamma gatta nascono cuccioli di colori diversi). Nessun singolo animale cambia forma, la variazione è graduale, noi siamo simili ai nostri genitori ma allo stesso tempo diversi. I cambiamenti avvengono a livello di individui ma l’evoluzione opera a livello di popolazione, quando cioè i cambiamenti vengono trasmessi alle nuove generazioni e cominciano a diventare comuni. Le differenze tra un genitore e il figlio sono minime ma dopo tante generazioni queste differenze possono diventare tali da portare alla formazione di una nuova specie. • Il prodotto finale dell’evoluzione non è l’uomo, l’uomo è solo uno dei tantissimi prodotti. 7 • La diversità è importante perché essere diversi permette a tutti di sopravvivere. In un singolo stagno tanti uccelli fanno una cosa diversa senza “occupare” lo spazio degli altri. • L’evoluzione non aggiunge solo tratti ma alcune volte li toglie anche, come è accaduto ai delfini con le gambe e le braccia. 10 La SPECIAZIONE è un fenomeno che porta alla formazione delle specie, è alla base della biodiversità. È spesso il risultato della selezione naturale (Anche se non sempre la selezione naturale dà origine a diverse specie e allo stesso tempo la speciazione può essere dovuta all’evoluzione!). Perché si formino due specie diverse deve verificarsi un isolamento riproduttivo. La speciazione è un processo lento e non facilmente osservabile, tuttavia, sono stati ipotizzati alcuni meccanismi che portano all’isolamento riproduttivo. Esistono: o Meccanismi prezigotici (prima della formazione dello zigote): non riconoscimento dei gameti, barriera geografica, incompatibilità organi riproduttivi; o Meccanismi postzigotici: lo zigote si forma ma l’embrione viene abortito precocemente, oppure dal parto nascono individui sterili come il mulo e il bardotto. Esistono tre tipi di speciazione: • Speciazione allopatrica → quando una popolazione viene separata geograficamente, in due sottopopolazioni. Prevede la formazione di barriere fisiche (es. monti, fiumi). Nel corso del tempo, non essendoci né contatti né incroci, le due popolazioni cominciano a divergere. (es. popolazione di insetti che viene separata da un fiume, nel tempo si possono formare delle differenze talmente grandi da creare due specie diverse). • Speciazione parapatrica → quando esiste un contatto tra due popolazioni ma si cominciano ad instaurare specializzazioni di qualche tipo (es: due boschi contigui, da una parte crescono semi grandi, dall’altra semi piccoli, di conseguenza verranno selezionati da una parte uccellini con il becco grande e da una parte il becco piccolo. Se i due uccelli dovessero unirsi, il piccolo uccellino avrà il becco medio e non sarà favorito ne in un bosco ne in un altro. Gli ibridi non avranno successo. Nel corso del tempo si creerà una speciazione). • Speciazione simpatrica → all’interno di una stessa popolazione si ha una speciazione di qualche tipo (preferenze di diverso tipo). A partire da una singola popolazione, le due specie si evolvono nella medesima area geografica (es. la dimensione del becco degli uccelli determina il tipo di cibo che possono assumere; la selezione naturale favorirà gli incroci che daranno una progenie in grado di cibarsi meglio, può avvenire che uccelli con il becco grande comincino a scegliere partner simili. Si potranno così formare meccanismi di isolamento riproduttivo tra le due varianti). Con i bambini si può parlare di “sopravvivenza del più adatto” e non del più forte. Bisogna aver spiegato la concezione della morte e che alcune specie sono fonte di cibo per altre. 11 ECOSISTEMI E BIOMI Un Ecosistema è un insieme definito costituito da organismi viventi (animali e vegetali) che interagiscono tra di loro e con l’ambiente in cui vivono in un sistema integrato. Un Bioma è un complesso di ecosistemi in un’area geografica caratterizzata da una specifica vegetazione dominante. I biomi possono trovarsi in zone diverse: es. vegetazione mediterranea si trova nel bacino del mediterraneo ma si trova anche in California, in sud Africa, sulle coste del Cile e in Australia. Esistono 8 biomi: • Foresta tropicale, Savana, Deserto, Vegetazione mediterranea, Foresta temperata, Prateria, Taiga, Tundra. I biomi si distribuiscono soprattutto in funzione della piovosità e della temperatura, anche se possono contribuire topografia e suolo. I deserti, per esempio, nonostante siano tipici delle zone geografiche equatoriali, possono trovarsi anche in zone dove idealmente potrebbe trovarsi un altro tipo di vegetazione, perché la topografia crea delle particolari condizioni in cui in quel luogo non piove. (es: deserto del Taklamakan à potenzialmente è un luogo dove potrebbe crescere altro, ma essendo circondato da sistemi montuosi, si creano delle barriere che impediscono la formazione di nuvole). Nei vari biomi si evidenziano vari tipi di vegetazione che si collegano dal punto di vista morfologico al tipo di clima. Esistono delle differenze che determinano degli adattamenti nelle piante. • Quando si verificano condizioni ideali per tutto l’anno la pianta non perde la foglia. Perde la foglia quando c’è una stagione avversa. (ECCEZIONE! Quando la stagione avversa è troppo lunga le piante sono sempreverdi perché se le perdessero, dovrebbero stare troppo tempo senza e la stagione favorevole per farle spuntare sarebbe troppo breve); • In condizioni aride le piante hanno una foglia stretta per evitare un’eccessiva traspirazione, mentre hanno la foglia larga quando c’è tanta disponibilità di acqua. I pini (al Polo Nord) hanno foglie aghiformi perché nonostante gli alberi siano circondati da neve e ghiaccio, l’acqua non è direttamente disponibile. Biomi: 12 * Foresta tropicale Si trova in Africa, in America, nel Borneo, nel sud-est asiatico e sulla fascia dell’equatore. Le temperature sono sempre costanti e elevate tutto l’anno, le precipitazioni giornaliere. L’escursione termica è maggiore tra giorno e notte piuttosto che tra estate e inverno. Le piante hanno le foglie larghe e non le perdono mai. Essendo le condizioni favorevoli e piacevoli per la vita, c’è un’altissima biodiversità sia animale che vegetale, ci vive più della metà delle specie conosciute e il 90% di specie di primati. Ha così tanta vegetazione da essere stratificata (2/3 strati di alberi, strato cespuglioso e strato erbaceo). Nella parte basale (sottosuolo) si vengono a creare condizioni poco favorevoli perché è quasi buio, tutta la luce viene captata nella parte superiore tanto che la maggior parte della vita della foresta tropicale avviene sugli alberi, è per questo che ci sono tantissime scimmie. La maggior parte degli animali non scendono mai a terra. Per lo stesso motivo, anche alcune piante crescono sugli alberi, come per esempio le liane e le orchidee. Un’altra strategia adottata delle piante in questo bioma è produrre frutti che crescono direttamente dai tronchi (come, per esempio, il cacao) per essere più a portata degli animali. Le condizioni di vita sono così favorevoli non solo per piante e animali, ma anche per i decompositori, infatti la decomposizione è velocissima. Una foglia che cade al suolo dura una 20ina di settimane. La Foresta tropicale Secca (viene chiamata anche Giungla) è un sottotipo della foresta tropicale, più lontana dall’equatore (si trova principalmente in Asia à monsoni) ed è caratterizzata da una stagione secca. Le foglie sono larghe ma vengono perse nella stagione meno favorevole, in cui piove meno. Si ha una stagionalità delle piogge e non delle temperature. È l’habitat della tigre. * Savana È un bioma caratterizzato dal caldo, è tipico all’interno dei due tropici (tropico del cancro e tropico del capricorno). La pioggia è molto ridotta ed è stagionale. In queste condizioni c’è una spiccata aridità che non consente lo sviluppo di alberi. La vegetazione dominante, dunque, è arbustiva o erbacea. Questo avviene per due motivi principali: non c’è pioggia 15 Sono delle foreste di latifoglie (le foglie cadono nelle aree più fredde e sono sempreverdi nelle zone più miti). La stagionalità è data dalla temperatura e non dalle piogge. Vivono molti animali, l’humus è molto spesso. * Taiga È dominata da conifere sempreverde. Le aree sono fredde e abbracciano gran parte del nord, le precipitazioni sono principalmente sotto forma di neve. Presenza di permafrostà strato di ghiaccio che si trova sul terreno. Si crea uno strato molto duro, solo il suo strato superiore può subire un disgelo in estate, impedendo comunque all’acqua di penetrare nel suolo. Questo fa in modo che l’acqua resti a livello superficiale e rimanga disponibile per piante e animali. Questo bioma dipende proprio dall’azione regolatrice del permafrost. A causa dei cambiamenti climatici però, questo strato si sta sciogliendo e sta portando a grandi problemi di solidità dei suoli. La Taiga è talvolta interessata da incendi a causa della presenza di conifere che sono molto resinose e per questo estremamente infiammabili. Un altro problema della Taiga è rappresentato dal deforestamento causato dall’uomo, infatti, i mobili costruiti con il legno delle conifere sono più resistenti. È un bioma abitato da diversi animali: caribù, orsi, alci, linci e tante specie di uccelli e insetti. Sono frequenti zanzare. * Tundra La Tundra (= “terra senza alberi”) occupa tutta la fascia boreale dell’emisfero settentrionale. Si trova sporadicamente anche sulle cime delle montagne più alte. Ne esistono due tipi: uno caratterizzato da una certa percentuale di vegetazione; uno in cui c’è assenza di alberi e che sfocia nel deserto Artico (più a nord). L’assenza di alberi è dovuta alle basse temperature (raramente sopra lo 0) e scarse precipitazioni (generalmente sotto forma di neve). Ci sono 6 mesi di buio e 6 mesi di sole, 16 per questo devono essere piante che devono riuscire a fare la fotosintesi per tanto tempo e stare poi sotto la neve per il resto dell’anno. Dominano brughiere (si formano in zone semi- paludose), cariceti, muschi e licheni. Qui il permafrost è ancora più spesso. Gli animali tipici sono: insetti, lemmings, lepri artiche, caribù, bue muschiato, volpi artiche. 17 IL CLIMA E I CAMBIAMENTI CLIMATICI Tempo o meteo: condizioni di temperatura, piovosità, umidità, vento, ecc. che si verificano in un determinato luogo e momento. Clima: condizioni generali (medie su un periodo di 30 anni almeno) di temperatura, piovosità, umidità, vento, ecc. che caratterizzano un determinato luogo. Cambiamento climatico: cambiamento a lungo termine di temperatura, piovosità, umidità, vento, ecc. I biomi sono caratterizzati da certe condizioni climatiche che influenzano animali e il tipo di vegetazione. Il cambiamento climatico, quindi, comporta delle variazioni anche sugli animali e sulle piante. La temperatura è la grandezza fisica che esprime la condizione termica in un corpo, dipende dalla sua capacità di scambiare calore con un altro corpo o con l’ambiente. La temperatura sulla Terra in un determinato luogo (distanza dall’equatore e altitudine), dal punto di vista fisico, dipende da quanta energia termica la Terra riceve e quanta ne riflette. Questo varia in base a diverse condizioni: se ci troviamo sulla terra o sull’acqua, se ci sono le nuvole e la presenza di gas serra. I gas serra, nonostante siano una delle cause del cambiamento climatico, sono positivi perché senza di essi la Terra sarebbe molto più fredda. Il loro aspetto negativo dipende dalla loro eccessiva presenza che non permette la sufficiente dispersione del calore. La quantità di radiazione solare intercettata dalla Terra varia con la latitudine. Questo perché i raggi che arrivano sulla superficie inclinata si distribuiscono su un’area molto più vasta. È per questo che all’equatore fa più caldo rispetto al Polo Nord, nonostante la quantità di energia sia uguale. La temperatura di un determinato luogo sulla Terra varia durante le stagioni e ciò è dovuto al fatto che la radiazione solare incidente varia al variare della posizione della terra rispetto al proprio asse e rispetto al Sole. I venti si determinano per variazione di pressione atmosferica. Sono, infatti, masse di aria che si spostano orizzontalmente sulla superficie terrestre, da zone di pressione maggiore a zone di pressione minore. L’acqua evapora grazie al calore dell’aria, formando le nuvole e ricade al suolo sotto forma di precipitazioni (pioggia, neve e grandine) quando si raffredda e diventa pesante. Le precipitazioni variano in funzione di diversi parametri, come: la latitudine, la temperatura, i venti e le caratteristiche topografiche/geografiche. Tendenzialmente sono maggiori nella fascia equatoriale (perché fa più caldo) e nell’emisfero australe (perché c’è molta più acqua che terra). 20 CICLI BIOGEOCHIMICI Il ciclo dei nutrienti riguarda solo fattori biologici (chi mangia chi, cosa succede quando moriamo). Il ciclo biogeochimico, invece, riguarda fattori abiotici. I vari elementi che si trovano sulla terra possono entrare in uno di questi due cicli, il loro passaggio da uno stato a un altro, da un componente all’altro del pianeta, da un organismo all’altro, può avvenire in pochissimo tempo (come avviene per gli esseri viventi) o in migliaia di anni (es. rocce nell’oceano). CICLO DEI NUTRIENTI: riguarda gli elementi chimici (piante, animali e decompositori). Durante il ciclo dei nutrienti bisogna tener conto che tantissimi organismi tendono a non dispendere i vari composti utili. In natura non c’è spreco, la maggior parte dei nutrienti è riciclata (l’albero prima di far cadere una foglia recupera la maggior parte dei componenti, essa dopo essere caduta entra in un altro processo di elaborazione e viene utilizzata da altri organismi che recuperano i nutrienti restanti). Uno dei processi più importanti è la decomposizione, che porta al recupero totale dei nutrienti che sono intrappolati nelle molecole organiche. Il risultato finale è la scomposizione delle molecole fino a renderle molecole semplici inorganiche (ossigeno gassoso, carbonio inorganico, azoto inorganico..). Questo comporta che ci sia un ciclo: le piante assumono anidride carbonica e acqua rendendole molecole complesse, tali molecole vengono poi scomposte da altri organismi fino a quando ritornano a componenti semplici. La decomposizione è un processo importantissimo perché altrimenti non ci sarebbe più carbonio disponibile. La decomposizione è svolta da diversi organismi decompositori e detritivori che si nutrono di materiale organico morto. Tra questi organismi troviamo batteri, funghi, lombrichi, molluschi e granchi (avviene anche in acqua). I detritivori (es: lombrichi) sono i primi ad agire perché riescono a sminuzzare il materiale organico su cui agiscono poi gli altri decompositori. Esistono due classi importanti di decompositori: i batteri che decompongono la materia animale; i funghi che decompongono la materia organica vegetale. La decomposizione dipende da vari fattori, tra cui la composizione del materiale di partenza (la carne decompone prima di una mela), l’ambiente e le condizioni ambientali (soprattutto temperatura). * Materiale di partenza: le molecole semplici come il glucosio sono semplici da scindere e vengono usate subito per ricavare energia, altre (come la cellulosa e la lignina) invece sono complesse e necessitano di più tempo per essere scisse (la lignina è estremamente complessa e attualmente solo i basidiomiceti riescono a romperla). Gli alberi si armano di molecole complesse e difficili da distruggere proprio perché pochi organismi sono in grado di distruggerle; * L’ambiente influenza la velocità di decomposizione. Partendo dallo stesso substrato, si ha una velocità di decomposizione diversa in base all’ambiente: una foglia caduta sul terreno o sull’acqua ha diversa velocità, sul suolo infatti c’è una maggiore quantità di ossigeno che facilita la vita dei funghi e per questo la decomposizione è molto più veloce, in acqua invece i decompositori sono più lenti; * Condizioni ambientali: importanti sono per esempio l’assenza/elevata umidità (nel deserto la decomposizione è lentissima, per questo le mummie si sono conservate bene) e le alte/basse temperature (quando fa più freddo la decomposizione è più lenta). Nel processo di decomposizione si viene a creare l’humus, un materiale ancora parzialmente indecomposto e per questo ricco di sostanze nutritive. Questo materiale è molto utile per le piante perché rilascia nutrienti (molecole semplici) in modo graduale e lento. La mineralizzazione dell’humus può durare pochi anni fino a migliaia di anni (in media 20-50 anni). 21 La decomposizione del suolo è maggiore vicino alle radici a causa delle simbiosi con i funghi, alla maggiore umidità e perché le radici stesse producono delle sostanze che attirano gli organismi. La decomposizione dipende dalla quantità di nutrienti presenti nel suolo (un ambiente ricco di nutrienti rimette in gioco molti nutrienti). CICLI BIOGEOCHIMICI I cicli biogeochimici si distinguono in base al bacino principale in cui si trova una quantità maggiore dell’elemento chimico interessato: possono essere gassosi quando il bacino è idrosfera o atmosfera o sedimentario se la maggior parte dell’elemento chimico si trova intrappolato nelle rocce o nel suolo. Esistono, però, anche cicli intermedi come quello dello zolfo. Tutti i cicli sono legati o al ciclo dell’acqua o al ciclo dei nutrienti. Questo perché sia acqua che organismi viventi sono in grado di spostare elementi da una parte all’altra. ñ Cicli biogeochimici gassosi riguardano l’atmosfera e gli oceani e quindi hanno un andamento globale. Di questi fanno parte l’ossigeno, l’azoto e il carbonio. Il bacino preferenziale dell’ossigeno è l’acqua, l’azoto nell’aria e il carbonio nell’acqua. Una delle caratteristiche importanti dell’anidride carbonica è che è in costante equilibrio tra quella presente nell’atmosfera e quella disciolta nell’acqua. ñ Cicli biogeochimici sedimentari riguardano minerali, rocce, suolo. Quando un elemento chimico è fissato in una roccia, difficilmente può essere “staccato”, è difficilmente disponibile per gli organismi viventi, però possono essere dilavati o disciolti grazie all’azione dell’acqua. Quando vengono disciolti diventano disponibili per gli esseri viventi. I minerali disciolti nell’acqua possono circolare nei laghi e nei fiumi ma alla fine nella maggior parte dei casi si fermano negli oceani, tranne quando vengono captati dagli organismi viventi che li portano sulla terra ferma o a causa dei fenomeni tettonici. (Es: i resti del pesce e delle vongole, per esempio, portano nutrienti che hanno accumulato nel mare). Il modo in cui gli elementi entrano nel ciclo, dipende dal loro bacino di provenienza e allo stesso tempo ogni elemento ha un destino diverso. Possono arrivare al suolo grazie alla pioggia, ad organismi viventi o al dilavamento delle rocce madri. C’è inoltre un continuo scambio di nutrienti tra diversi ecosistemi grazie agli organismi viventi ma anche a causa di incendi, agricoltura, taglio dei boschi. ñ CICLO DELL’ACQUA Il ciclo dell’acqua è il processo attraverso il quale l’acqua si sposta in fasi successive dall’atmosfera alla Terra per poi ritornare in atmosfera. Il più grande comparto di riserva nel ciclo dell’acqua è costituito dagli oceani, che contengono il 97% del volume totale dell’acqua sulla Terra. La radiazione solare, scaldando l’atmosfera terrestre e fornendo l’energia per l’evaporazione dell’acqua, è la forza motrice del ciclo idrologico. Quest’ultimo comincia con le precipitazioni: il vapore acqueo che circola in atmosfera ricade a terra sotto forma di pioggia, neve, 22 grandine. Una parte dell’acqua cade direttamente sul suolo, una parte viene intercettata dalla vegetazione e dalle strade. A causa dell’intercettazione una grande quantità di acqua non arriva mai al suolo e torna direttamente in atmosfera per evaporazione. L’acqua che raggiunge il suolo si muove nel terreno per infiltrazione e raggiunge uno strato impermeabile di roccia e qui si raccoglie come acqua di falda. Da questo momento l’acqua alimenta sorgenti e ruscelli che a loro volta confluiscono dando vita a laghi e fiumi. In caso di grandi piogge, quando il suolo è saturo di acqua, quella in eccesso scorre sulla superficie del terreno come acqua di ruscellamento. La vegetazione determina un’ulteriore perdita di acqua dal suolo. Attraverso le radici, le piante assumono acqua dal suolo per disperderla attraverso le foglie e altri organi in un processo detto di traspirazione. ñ CICLO DEL CARBONIO È molto importante ed è un ciclo strettamente legato agli organismi viventi, il carbonio è alla base della nostra biologia, è l’elemento essenziale della materia organica. Il suo passaggio da un sistema all’altro dipende spesso dalle piante perché sono in grado di rendere il carbonio da inorganico a organico e quindi sono responsabili del passaggio più complesso del ciclo del carbonio. Tutti i fattori che influenzano la fotosintesi, quindi, influenzano di conseguenza il ciclo del carbonio (àacqua, luce, temperatura). Il movimento del carbonio è più lento in assenza di luce, di acqua e in inverno. Il carbonio si trova prevalentemente nelle rocce e nell’oceano, nell’atmosfera è presente in piccole quantità. • Nell’oceano è mobile, per questo è più facilmente disponibile e in acqua viene assorbito da piante e alghe. • Nelle rocce carbonatiche è presente in quantità maggiore ma bisogna aspettare che le rocce vengano dilavate affinché sia disponibile. Il carbonio ha un ciclo che dipende fortemente dagli organismi viventi e si può svolgere sia in acqua che sulla terra ferma. È importante la decomposizione, quella che porta il carbonio da una forma organica a una forma inorganica. Oggi anche l’uomo è entrato nel ciclo del carbonio a causa delle emissioni di co2. 25 Esistono diversi tipi di competizione interspecifica: • Per consumo: avviene quando due individui di due specie mangiano la stessa cosa (es: scoiattoli e ghiandaia mangiano entrambi le ghiande); • Per prelazione: si ha soprattutto tra individui non mobili che occupando uno spazio impediscono la crescita di altri (cozze e ostriche); • Per sovraccrescimento: tipica delle piante perché è un tipo di interazione in cui non c’è contatto, gli alberi cercano di crescere più velocemente di altri per accaparrarsi più luce; • Per interazione chimica (Allelopatia): avviene soprattutto tra le piante, alcuni organismi producono sostanze chimiche tossiche che impediscono ad altri organismi di crescere e occupare lo stesso spazio. Es: gli aghi dei pini contengono delle sostanze che inibiscono la crescita di altri organismi; • Territoriale: se un animale con le stesse esigenze nutritive si avvicina, si attiva la competizione e poi lo scontro (es: falchi e cornacchie); • Per scontro: si ha quando due specie diverse litigano per una risorsa e non per il territorio (es: iena e avvoltoio che litigano per la stessa carcassa). La competizione può causare estinzione perché secondo il principio di esclusione competitiva competitori completi non possono coesistere, se i loro areali si sovrappongono una delle due porta all’estinzione locale dell’altra. Questo principio prevede che le due specie abbiano esattamente le stesse necessità ecologiche e che l’ambiente rimanga costante. Tuttavia, difficilmente in natura esiste competizione completa proprio per evitare l’estinzione. Es: nonostante sia la ghiandaia sia gli scoiattoli mangino le ghiande, non si crea una competizione completa perché entrambi mangiano anche altro. La competizione interspecifica può cambiare nel tempo: ciascuna specie agisce meglio sotto particolari condizioni ambientali, per cui, quando le condizioni ambientali variano, varia anche il vantaggio competitivo. In questo modo, le variazioni ambientali permettono ai competitori di coesistere, favorendo a volte un organismo, a volte un altro senza che si arrivi all’estinzione. PREDAZIONE Un individuo (predatore) cattura e uccide un altro (preda) per soddisfare le proprie esigenze alimentari. Entrambi possono influenzarsi per le dinamiche di popolazione e selezione naturale. La definizione generale di predazione esclude i saprofagi e i decompositori perché si nutrono di organismi morti. Contrariamente all’ideale comune, i carnivori non sono gli unici predatori: lo sono infatti anche gli erbivori perché si nutrono di organismi vegetali. Anche se tendenzialmente non uccidono la preda, la loro azione indebolisce notevolmente la pianta riducendone le risorse e rendendola più vulnerabile all’attacco dei parassiti. Tra i predatori, i “veri predatori” uccidono l’organismo di cui si nutrono dopo averlo catturato (gli erbivori strappano l’erba ma raramente uccidono la pianta). Esistono veri predatori onnivori, come per esempio i gamberetti che mangiano fitoplancton e zooplancton che sono unicellulari. Preda e predatore si influenzano reciprocamenteà se aumentano le prede aumentano i predatori. C’è una continua oscillazione tra gli equilibri che sono a loro volta influenzati dalla presenza di rifugi, dalla coevoluzione e dalla predazione di altre prede. Preda e predatore coevolvono: esiste una pressione selettiva che fa diventare le prede più furbe e veloci e i predatori più abili. 26 Per evitare l’avvistamento, la selezione e la cattura, le prede hanno evoluto diverse strategie di difesa che vengono definite difese antipredatorie: * Le difese chimiche sono diffuse tra numerosi gruppi animali: alcuni pesci rilasciano ferormoni di allarme che inducono reazioni di fuga tra i membri della stessa specie; anfibi e serpenti utilizzano secrezioni odorose repellenti per i predatori; serpenti velenosi, rane e rospi sono in grado di sintetizzare i propri veleni; * La colorazione criptica caratteristica di alcuni animali include colori e forme che permettono alle prede di confondersi nello sfondo dell’ambiente. Questa colorazione protettiva è comune tra pesci, rettili e molti uccelli che nidificano a terra. La somiglianza a un oggetto è una difesa costitutiva comune tra gli insetti (come gli insetti stecco e gli insetti foglia). Alcuni animali possiedono chiazze a forma di occhio che intimidiscono i potenziali predatori. Le colorazioni flash sono associate con quelle criptiche: alcuni tipi di farfalle, cavallette e uccelli quando disturbati esibiscono vistose macchie colorate e si danno alla fuga. La colorazione flash può distrarre e disorientare il predatore. Allo stato di riposo, il colore vistoso sparisce e l’animale si confonde con l’ambiente circostante; * Animali tossici per i predatori, spesso possiedono colorazioni di avvertimento: le striature bianche e nere delle puzzole, l’arancione luminoso della farfalla monarca. Tutti i loro predatori devono però aver avuto un’esperienza sgradevole con la preda, prima di imparare ad associare la colorazione al sapore disgustoso o al dolore; * Alcuni animali che vivono nello stesso habitat di specie non edibili talvolta evolvono una colorazione che riproduce o imita quella di avvertimento della specie tossica. Questo tipo di mimetismo è chiamato mimetismo batesiano (tipico di farfalle e serpenti); * Alcune specie di serpenti non velenosi sono mimi acustici dei serpenti a sonagli; * Alcuni utilizzano un’armatura protettiva a scopo di difesa: vongole, armadilli e tartarughe si ritirano nel loro involucro in presenza di un pericolo; porcospini, echidne e ricci possiedono aculei che scoraggiano i predatori; * Altri animali usano difese comportamentali, che comprendono un’ampia gamma di comportamenti finalizzati a evitare il rilevamento, a scappare e ad avvertire altri della presenza dei predatori; * Anche le piante hanno escogitato vari stratagemmi per difendersi dagli erbivori, come per esempio: pelosità, spine, composti secondari deterrenti, composti di richiamo per i predatori degli erbivori. Allo stesso modo anche i predatori hanno evoluto strategie di caccia efficaci. Tre sono i metodi generali: agguato, attacco, ricerca. § La tecnica dell’agguato prevede che il predatore si apposti in attesa che una preda si avvicini ed è tipica di alcune rane, coccodrilli e alligatori. Questa tecnica ha il vantaggio di richiedere un’energia minima; § L’attacco, tipico degli aironi e di alcuni felini, è una forma di caccia che prevede un’aggressione rapida e risoluta; il tempo di individuazione della presa può essere elevato, ma quello di cattura è mimimo; § La caccia per ricerca, tipica di molti falchi, leoni, lupi e pipistrelli, richiede un tempo minimo per l’individuazione della preda, perché il predatore ne conosce l’ubicazione, ma il tempo di cattura è in genere lungo. Comporta un alto dispendio di tempo e energia per catturare la preda. Anche i predatori, inoltre, possono usare colorazioni criptiche, veleni, mimetismo o formare gruppi di caccia. 27 PARASSITISMO È una forma di simbiosi in cui un simbionte si avvantaggia a danno dell’altro, causando a volte l’insorgenza di patologie. I parassiti sono organismi che vivono tutta la vita o parte di essa a spese di altri organismi. In genere, sono molto più piccoli dei loro ospiti, hanno un ciclo di vita altamente specializzato e si riproducono più velocemente e in numeri maggiori. I parassiti possono usare i loro ospiti non solo per nutrizione ma anche solo per essere trasportati. Tendenzialmente non uccidono gli ospiti ma possono renderli suscettibili ad altre patologie o meno resistenti all’attacco di predatori. Alcuni parassiti si impossessano o approfittano di risorse di altre specie, come per esempio il cuculo che entra nel nido di altri uccelli per deporre le proprie uova in modo che i cuccioli possano essere cresciuti da altri uccelli come se fossero i propri. I parassiti possono essere suddivisi in base a diverse caratteristiche: ñ Alle loro dimensioni o Microparassiti: sono piccoli, vivono dentro l’ospite, spesso associati a malattie e hanno riproduzione rapida (virus, batteri, protozoi); o Macroparassiti, sono più grandi, si trovano sia dentro che fuori dall’ospite, hanno una riproduzione più lenta e spesso non trascorrono tutta la vita sullo stesso ospite (funghi, piante parassite, vermi, nematodi, pulci, zecche..). ñ A dove vivono o Ectoparassiti: vivono sull’ospite (es: zecche, pulci); o Endoparassiti: vivono nell’ospite (es: tenie, virus). Uno dei problemi principali dei parassiti, specialmente quelli di animali, è riuscire ad entrare nell’ospite e successivamente abbandonarlo: * La trasmissione diretta si verifica quando un parassita si trasferisce da un ospite a un altro senza il coinvolgimento di un organismo intermedio. Il contagio può avvenire per contatto diretto con un portatore, oppure il parassita può essere disperso tramite l’aria o l’acqua; * La trasmissione può coinvolgere un vettore intermedio. La malattia di Lyme, causata da un batterio spirochete, per la trasmissione da un ospite all’altro (uccelli, topi, cervi, uomo..) dipende dalla zecca. Le specie ospitanti hanno sviluppato delle risposte per contrastarli. Alcune risposte difensive riducono l’invasione dei parassiti, altre hanno lo scopo di combattere l’infezione una volta che è insorta. (es: l’uomo ha il sistema immunitario). Tali risposte, nonostante difendano l’ospite, lo rendono debole a causa del dispendio di energia. COMMENSALISMO Esistono relazioni in cui uno dei due ospiti trae vantaggio e l’altro non ha effetti né positivi né negativi. Es: l’orchidea che sfrutta l’albero come supporto per ricevere luce e acqua, senza intaccarlo. Le orchidee hanno vantaggio perché sono più vicine alla luce, ma non ne sottraggono all’albero. MUTUALISMO Relazione in cui entrambe le specie hanno un vantaggio, per questo è un tipo di relazione vincente perché aumenta la possibilità di sopravvivenza di entrambe le specie. Es: i licheni. Esistono diverse collaborazioni: 30 Spesso una comunità viene descritta dalla vegetazione dominante perché la vegetazione è quella che è influenzata maggiormente dalle caratteristiche fisiche e, inoltre, descrivendo la vegetazione si riesce a capire anche gli animali che possono vivere lì. Delimitare una comunità può essere fonte di controversia perché è una definizione soggettiva. Spesso per definire le comunità si usa il termine associazione: le piante avendo le stesse esigenze ecologiche, si associano, vivono in specifiche condizioni e per questo si vengono a trovare tutte nella stessa zona. È stato osservato che alcune specie tendono a ritrovarsi sempre insieme come per esempio il pungitopo e la quercia. * In una visione organismica della comunità, le associazioni sono viste come dei superorganismi che reagiscono agli stimoli ambientali come se fossero parte di un unico corpo e per questo evolvono come un tutto integrato. * In una visione individualistica delle comunità, le associazioni sono solo la risposta simile di singole specie agli stessi stimoli ambientali. In entrambe le visioni, cambiando le situazioni ambientali e le interazioni tra le specie, cambia anche il paesaggio. Le variazioni spaziali nelle condizioni ambientali possono efficacemente aumentare la diversità sostenendo un maggior numero di specie: à la struttura della vegetazione ha un’influenza marcata sulla diversità della vita animale nella comunità. Una struttura verticale più complessa comporta una maggiore disponibilità di risorse e di spazio vitale e una maggiore diversità. La diversità è aumentata anche dalla presenza di più fonti di nutrimento (risorse trofiche) à la disponibilità di diverse risorse implica la possibilità di nutrire diverse specie. Esiste però un paradosso: i nutrienti nel suolo hanno l’effetto di ridurre la biodiversità vegetale. * Nella prateria ci sono tanti nutrienti perché la decomposizione è lenta. Qui c’è cibo per tutti e solo poche specie riescono a prendere il sopravvento e accaparrarsi tutti i nutrienti. * Quando la decomposizione è veloce come nella foresta topicale, ci sono pochi nutrienti e nessuna specie riesce ad essere vincente, sono tutte svantaggiate e nessuna è così forte da eliminare le altre, si crea in questo modo un groviglio di piante. 31 Un effetto positivo sull’abbondanza numerica di organismi è determinato, invece, dell’energia disponibile. Più c’è energia e più c’è possibilità di fare la fotosintesi (a parità di energia è importante la presenza di acqua). Questo dipende dalla radiazione solare che raggiunge un determinato luogo sulla Terra. Tutti i processi ecologici comportano un trasferimento di energia. Il suo accumulo e rilascio sono governati dalle due leggi della termodinamica. Principi termodinamica: L’energia non si crea e non si distrugge. Quando l’energia viene trasformata o trasferita una parte viene dispersa. Esistono due tipi di reazioni: o Reazioni esotermiche: rilascio di energia o Reazioni endotermiche: richiedono energia L’energia del sole viene trasformata dagli autotrofi (piante e alghe) grazie alla fotosintesi a partire da sostanze inorganiche a materia organica, ovvero nell’energia che può essere utilizzata da tutti gli altri esseri viventi. La produttività è la quantità di energia accumulata sotto forma di biomassa in un certo intervallo di tempo. La produttività degli ecosistemi dipende dal clima (temperatura e piovosità) e da altri fattori ambientali come la disponibilità dei nutrienti nel suolo. In questo modo, quindi, diverse zone della terra hanno diversi gradi di produttività: si ha maggiore produttività nella foresta tropicale, minore nella savana, nella taiga e nella tundra. Varia anche in funzione delle stagioni, dei momenti del giorno (in funzione dell’attività fotosintetica), e da tutto quello che influenza le piante (es: animali al pascolo, età delle piante, presenza di incendi..). La produttività delle piante determina l’energia disponibile per gli animali e gli altri organismi eterotrofi. Esiste una relazione diretta tra produttività primaria (piante) e secondaria (erbivori) perché gli erbivori, mangiando le piante ne riducono la quantità di massa. A loro volta però gli erbivori sono influenzati dai carnivori, che mangiando gli erbivori, possono ridurre la pressione degli stessi sulle piante. L’energia che arriva sulla Terra viene dunque trasformata dalle piante in biomassa che viene resa disponibile per gli erbivori e di conseguenza per i carnivori. L’energia è trasferita lungo la catena alimentare e dal momento in cui parte viene persa, si vengono a formare le piramidi ecologiche. Questo perché non tutto quello che mangiamo viene trasformato in biomassa (viene consumato) e perché in parte l’energia viene persa per il 2° principio della termodinamica. Tra un livello trofico e l’altro solo il 10% della biomassa viene convertita in biomassa del livello superiore. Gli onnivori si trovano tra il primo e il secondo livello perché si nutrono sia di piante che di animali. Esiste anche una catena alimentare del detrito in cui la fonte di energia è la sostanza organica morta (o detrito). Qui il flusso di energia è meno lineare, i decompositori, infatti, si nutrono di materia organica morta, possono essere mangiati da altri organismi oppure morire e diventare a loro volta 32 detrito organico. (es. i lombrichi, che fanno parte della catena alimentare del detrito, vengono anche mangiati dagli uccelli che fanno parte della catena alimentare). Nella catena del pascolo (la cui fonte di energia è la biomassa vegetale) il flusso di energia tra i diversi livelli trofici è unidirezionale; nella catena del detrito, il flusso di energia non è unidirezionale. I rifiuti e la sostanza organica morta sono “reciclati” già all’interno di ciascun livello trofico e ritornano poi sotto forma della sostanza organica morta. DIFFERENZA CATENA E PIRAMIDE: nella catena il cerchio è chiuso dai decompositori, nella piramide non ci sono. La piramide serve per enfatizzare il trasferimento energetico e la sua riduzione, la catena alimentare si va a enfatizzare il ciclo, enfatizza la circolarità delle sostanze, dell’energia. 35 • Commercio specie rare: interessa animali e piante, utilizzati come animali da compagnia, per la loro carne, per scopi medicinali, alimentari o ornamentali. I motivi che ci spingono a conservare la biodiversità sono molteplici: alcuni di natura ecologica (conservazione dell’ambiente e delle specie), altri invece sono anche per il bene dell’uomo. La biodiversità, infatti, ha un grande valore economico: • Da piante e animali vengono ricavati prodotti nutraceutici e medicinali. Secondo la World Health Organization la maggior parte della popolazione umana dipende da rimedi medicinali naturali (nei paesi meno sviluppati essi rappresentano l’unica risorsa); • Un bel paesaggio naturale ha un’importanza per il nostro benessere e per il turismo; • Alimenti e bevande: È stato stimato che sulla terra vi siano circa 30.000 specie di piante con parti commestibili, tuttavia, solo 15 specie vegetali e 8 specie animali forniscono il 90% del cibo dell’umanità (es: esistono circa 10.000 specie di mele e noi nella vita ne mangiamo 4/5 varietà à il mercato chiede solo specifiche varietà che gli agricoltori, quindi, decidono di coltivare mettendo però a rischio la biodiversità). Esistono diversi approcci dell’agricoltura: ñ Agricoltura tradizionale: prevede l’utilizzo di molta manodopera umana e di animali da tiro. Può essere di sussistenza o intensiva. Non prevede fertilizzanti, il processo è più lento, vengono coltivate più specie. Ha quindi un impatto molto minore sul terreno e sulle specie. ñ Agricoltura industrializzata: tende ad usare fertilizzanti, concimi, vengono utilizzate monoculture, utilizzo di grandi quantità di combustibili fossili, irrigazione. In questo caso la biodiversità è messa a rischio, soprattutto a causa dell’utilizzo dei pesticidi, che non eliminano solo gli ospiti indesiderati ma anche quelli buoni. Dobbiamo conservare perché abbiamo già perso il 39% delle specie terrestri, il 76% delle specie di acqua dolce e il 39% delle specie marine. 36 NICCHIE ECOLOGICHE La nicchia ecologica descrive il “lavoro” che svolge un organismo vivente, descrive quali sono le sue esigenze, le condizioni ambientali che gli consentono di sopravvivere e riprodursi. Le caratteristiche di ogni specie sono il frutto di un’interazione con l’ambiente e delle relazioni con le altre specie e possono darci delle indicazioni anche sul dove vive quel determinato organismo. Il concetto di nicchia ecologica è stato introdotto nei primo del ‘900 da Grinnell ed Elton. Il primo diede maggiore importanza all’ambiente fisico (condizioni ambientali), l’altro diede invece maggiore importanza alle relazioni tra le specie (risorse trofiche). La definizione di nicchia ecologica odierna, in realtà, comprende entrambi questi fattori. Una Nicchia Ecologica è lo spazio occupato da una specie o da una popolazione nel suo habitat, inteso non come spazio fisico ma come ruolo ecologico che gli individui svolgono nell’ecosistema. Habitat ¹ Nicchia Habitat = luogo di lavoro dell’organismo Nicchia = mestiere dell’organismo Nello stesso habitat (luogo di lavoro) possono convivere più specie diverse. Esiste infatti una tendenza degli esseri viventi a cercare di avere “lavori” diversi per non sovrapporre le nicchie e creare competizione. Nel 1957 Hutchinson introdusse il concetto di Nicchia come un ipervolume che definisce lo spazio ecologico della specie; Hutchinson, quindi, descrive le condizioni ambientali in cui una specie può vivere e riprodursi. Le condizioni descritte da Hutchinson sono in realtà delle condizioni ottimali e che per questo descrivono la nicchia fondamentale (o potenziale), ovvero la nicchia occupabile se non ci fosse nessun disturbo. La nicchia realizzata invece, è la porzione di nicchia potenziale occupata in una comunità in presenza di competitori (es: la nicchia fondamentale delle rane è lo stagno, tuttavia esse non si trovano in tutti gli stagni sia per ragioni storiche sia per altri motivi, come la presenza di rospi, che sono animali con le stesse esigenze delle rane ma sono più grandi). Ogni organismo possiede nei confronti di ciascun fattore ecologico un ambito di tolleranza (es: le rane non sopportano il freddo estremo, possono vivere solo in habitat dove ci sono sufficienti zanzare, ecc..). L’ambito di condizioni ambientali tollerate da una specie definiscono la nicchia fondamentale della specie stessa. Quando un fattore ecologico assume per un dato organismo valori che superano i limiti di tolleranza, questo diventa un fattore limitante. La legge del minimo ci dice che la crescita di una pianta è controllata non dall’ammontare delle risorse disponibili ma dalla disponibilità di quella più scarsa. Questo è emerso in modo chiaro in agricoltura: nonostante l’abbondanza di acqua e sole e la presenza di un terreno buono, le piante non riuscivano a crescere e ciò era dovuto alla carenza di fosforo, ovvero l’elemento più scarso. La legge del minimo ha delle importanti implicazioni: 1. Non tutti i fattori hanno la stessa importanza à sono più importanti quelli che possono avere un effetto limitante; 2. Proprio per questo, non serve agire su altri fattori se uno di questi è al limite (es: no più acqua se serve fosforo). In funzione delle loro necessità, esistono in natura diversi tipi di organismi: ñ Organismi Eurieci: specie che hanno un ampio range di tolleranza. Non hanno esigenze particolari, riescono ad adattarsi in presenza di tanta acqua/poca acqua, tanta/poca terra, tanta/poca luce..(es: pianta del paradiso, ratti); 37 ñ Organismi Stenoeci: specie che hanno un range di tolleranza limitato (es: ai coralli basta una variazione di 1°C della temperatura dell’acqua per ucciderli). Il fatto che esistano degli organismi che hanno una sensibilità almeno ad alcuni parametri (inquinamento, temperatura o altri parametri ambientali) li rende potenzialmente interessanti come bioindicatori. Questo ha stimolato i ricercatori ad utilizzarli come “spie” delle condizioni in un ecosistema. Es: i licheni sono organismi molto resistenti a tante condizioni ambientali (come il freddo e la mancanza di acqua) ma sono estremamente sensibili all’inquinamento delle macchine. È stato osservato che nei posti più inquinati, soprattutto al centro delle città, ci sono meno licheni (deserto lichenico), più ci si allontana dal centro più aumenta il numero delle specie dei licheni. Si definisce zonazione la distribuzione dello spazio delle varie nicchie ecologiche. Questo dipende sia dai vari parametri ambientali sia dalle interazioni tra gli organismi. La nicchia è il risultato di un processo evolutivo (di adattamento) di interazioni con l’ambiente e con le interazioni con gli altri organismi. La sovrapposizione delle nicchie ecologiche viene evolutivamente evitata. Per questo, le specie tendono a sviluppare degli adattamenti per evitare la sovrapposizione. Lo sviluppo di questi adattamenti può avvenire all’interno della stessa specie o tra specie diverse. I cambiamenti ambientali naturali (come una frana, lo sbarramento di un fiume, ecc.) e l’influenza antropica possono influenzare la dimensione di una nicchia ecologica. Lo spazio ecologico può essere ampliato grazie alla collaborazione tra le specie (come accade con i licheni). O essere ridotto in presenza di competizione tra le specie (che in natura tendenzialmente è evitata). 40 Nelle piante, l’azoto è scarso ed è maggiormente presente nei germogli o nelle foglie giovani. Gli animali spesso adattano il loro ciclo vitale in funzione della disponibilità di queste risorse più nutrienti. Alcuni animali, invece, sono in grado di riconoscere le specie vegetali che sono più ricche. Carnivori à Devono assicurarsi una sufficiente quantità di nutrienti già sintetizzati dalle piante e convertiti in biomassa animale. Onnivori à Le abitudini alimentari di molti onnivori cambiano in base al cambiamento delle stagioni, con gli stadi del ciclo vitale e con la loro dimensione e tasso di crescita. • Di alcuni fattori esterni (es: temperatura, livello di pH..) Conformi à si conformano alle condizioni esterne risparmiando energie. Es. temperatura à Mantengono la propria temperatura uguale a quella esterna e cercano di scaldarsi andando al sole (rane, rospi, serpenti, insetti) perché non sono in grado di termoregolarsi: ectotermia Regolatori à regolano le loro condizioni interne mantenendole ad un optimum diverso da quello esterno Es. temperatura à Uccelli e mammiferi, avendo il sangue caldo, riescono a regolare la propria temperatura: endotermia La conformità ha un vantaggio di risparmio energetico, ma ha lo svantaggio di non riuscire a resistere se queste condizioni sfavorevoli durano troppo. Essere regolatori ha degli svantaggi perché per esempio mantenere sempre la temperatura ideale fa bruciare molte energie ma ha il vantaggio di far sopravvivere. • Dell’accaparramento e della distribuzione dell’ossigeno L’ossigeno è fondamentale per la maggior parte degli esseri viventi (solo alcuni batteri sono anaerobi e non necessitano dell’ossigeno molecolare). L’ossigeno serve per molti processi biologici e per questo deve raggiungere tutte le molecole del corpo. È facilmente disponibile nell’atmosfera per gli animali terrestri, mentre per gli animali acquatici può essere limitante e la sua assunzione problematica. * Animali terrestri: I piccoli organismi terrestri assumono ossigeno per diffusione attraverso la superficie del corpo. Gli insetti possiedono tubi tracheali che si aprono sull’esoscheletro. Gli animali terrestri di maggiori dimensioni (mammiferi, uccelli e rettili) hanno sviluppato polmoni di forme diverse. * Animali acquatici: I mammiferi marini, come le balene e i delfini, salgono in superficie per espellere anidride carbonica e immettere aria contenente ossigeno nei polmoni. Alcuni insetti acquatici salgono in superficie per riempire di aria il sistema tracheale e altri ancora, come i coleotteri subacquei, hanno sviluppato degli adattamenti che gli consentono di intrappolare sotto le ali o tra le zampe delle bolle d’aria e riuscire a rimanere alcuni minuti sotto acqua. • Dell’accaparramento e della conservazione dell’acqua L’acqua è essenziale per quasi tutte le reazioni biochimiche all’interno del corpo (le cellule contengono dal 75 al 90% circa di acqua). Per rimanere adeguatamente idratato, l’organismo deve controbilanciare le perdite tramite l’assunzione dall’ambiente esterno. Il mantenimento di questo equilibrio costituisce il bilancio idrico di un organismo. Gli animali terrestri hanno tre modalità con cui l’acqua può essere acquisita: bevendo, mangiando e producendo acqua metabolica durante il processo della respirazione. Essi perdono acqua e soluti attraverso le urine, le feci, l’evaporazione della pelle e dell’aria umida che viene esalata. 41 Gli organismi hanno sviluppato meccanismi per liberarsi di quella in eccesso (reni) o per conservarla. Alcuni animali sono il grado di desalinizzare l’acqua grazie a delle ghiandole come per esempio i Gabbiani. • Dell’assenza di acqua Negli ambienti aridi gli animali devono affrontare gravi problemi di bilancio idrico e possono risolverli in due modi: sfuggendo alla siccità o evitando i suoi effetti. Possono migrare per cercare l’acqua, possono essere notturni (meno traspirazione), entrare in estivazione oppure possono avere dei reni estremamente sviluppati per conservarla (ratto canguro). • Della temperatura Hanno sviluppato due strategie principali: coloro che conformano la temperatura corporea a quella dell’ambiente come gli animali a sangue freddo (pecilotermi), coloro che regolano la propria temperatura (omeotermi). * I pecilotermi hanno sviluppato dei comportamenti per mantenere la temperatura vicino ai livelli ottimali (es: le lucertole si mettono al sole per scaldarsi e poter compiere le funzioni vitali e in questo modo non hanno un grande dispendio energetico). * Gli omeotermi mantengono la temperatura corporea ossidando glucosio e altre molecole ricche di energia nel processo della respirazione. Sono in grado di sostenere un’intensa attività fisica per lunghi periodi. Possono sfruttare una grande varietà di ambienti termici e quando la situazione lo richiede, possono generare energia rapidamente per scappare dai predatori. Per regolare lo scambio di calore fra corpo e ambiente, gli omeotermi usano alcune forme di isolamento termico: alcuni animali che vivono nella tundra o nella taiga, sono dotati di strutture isolanti come il grasso, il pelo e le penne. Altri animali vanno in ibernazione o rabbrividiscono per mantenere una temperatura interna ottimale. In difesa dal caldo, alcuni animali si immergono e bagnano (come il maiale), sudano o ansimano (come il cane). Le popolazioni non crescono mai all’infinito, l’ambiente e la competizione con popolazioni di altre specie ne limitano la crescita. Ad un certo punto, la carenza di risorse limita la crescita o la sopravvivenza delle specie, mantenendo le popolazioni ad una certa dimensione numerica. 42 DISTURBO E STRESS AMBIENTALI Gli ecosistemi possono modificarsi nel tempo, non sono mai costanti, questo comporta modificazioni anche negli abitanti degli ecosistemi che devono adattarsi alle nuove condizioni e alle nuove interazioni in cui vengono a trovarsi nell’ecosistema. Quando un ecosistema viene perturbato o quando si crea un nuovo ecosistema in seguito a un evento avverso, si vengono a istaurare delle specie che vengono dette comunità pioniere. Tendenzialmente esse presentano delle caratteristiche particolari: ñ Sono a bassa diversità, perché solo poche specie riescono a sopravvivere in condizioni così primitive causate dall’evento avverso (es: colata lavica); ñ Sono composte da specie molto “rustiche”; ñ Sono poco stabili perché anche una piccola perturbazione può cambiare l’equilibrio già precario. Dopo un periodo di tempo sufficiente, le comunità pioniere si trasformeranno in comunità climax, comunità più stabili perché, essendo caratterizzate da diversità, più organismi possono tamponare o assorbire una modificazione ambientale. In questo modo, anche in presenza di una perturbazione la comunità riesce a mantenere le sue caratteristiche. (Le comunità climax sono spesso delle comunità forestali) Un ambiente stabile è prevedibile: può ospitare determinati animali e piante; un ecosistema instabile invece è imprevedibile, non sappiamo in che modo possa evolvere. Per avere cibo è importante che un ecosistema sia prevedibile e di conseguenza stabile. La stabilità di una comunità è definita grazie a due componenti: • Resistenza à è la forza, la capacità di evitare le alterazioni. Un sistema resistente è stabile e riesce a contrapporsi alle alterazioni. Un bosco è resistente al vento perché non ne viene alterato. (la resistenza non è infinita, c’è sempre un punto di rottura) • Resilienza à è la velocità con cui una comunità riesce a tornare nello stato di partenza. I fili di erba sono resilienti perché dopo essere stati piegati dal vento, tornano immediatamente allo stato di partenza. Le comunità reagiscono sempre allo stesso modo: o Per incendiare un bosco ci vuole del tempo (una volta che l’incendio è scoppiato però il bosco prende fuoco e viene incenerito); il prato invece prende fuoco molto velocemente. o Per tornare nello stadio iniziale un bosco ci impiega almeno 20 anni; il prato meno di 1 anno. à Il bosco riesce a resistere all’incendio più del prato, però è poco resiliente. Il prato, viceversa, è poco resistente ma è molto resiliente. Spesso, infatti, comunità o sistemi che hanno alta resistenza hanno bassa resilienza e viceversa. Questo, poi, è generalmente collegato al livello di diversità esistente all’interno della comunità. Comunità a bassa diversità à bassa resistenza, alta resilienza Comunità alta diversità à alta resistenza, bassa resilienza Quando le alterazioni ambientali sono molto intense e le comunità superano le loro soglie di tolleranza (resistenza e resilienza) le specie possono scomparire e le comunità possono semplificarsi. Esistono diversi tipi di alterazione che si distinguono in base agli effetti che hanno: ñ DISTURBI I disturbi ambientali sono degli eventi rari, poco prevedibili, che avvengono sporadicamente in qualsiasi area del mondo. Comprendono alterazioni che hanno effetti dirompenti, molto importanti sugli ecosistemi: incendi, inondazioni, tempeste, terremoti, eruzioni vulcaniche. 45 ECOLOGIA URBANA Le città rappresentano nuovi habitat, ecosistemi, con caratteristiche particolari che vengono analizzate da una branca dell’ecologia, l’ecologia urbana. La città rappresenta un ecosistema modificato che ha specifiche caratteristiche: ñ Ha una flora e una fauna che spesso non è congrua con le condizioni ambientali locali; ñ Non sono ecosistemi autosufficienti perché dipendono da estese aree circostanti per acqua, energia, risorse alimentari; ñ Producono sostanze inquinanti che interessano anche ecosistemi contigui e lontani (rifiuti, acque reflue, polveri). L’ecologia urbana va a studiare come piante e animali interagiscono tra loro e con l’ambiente cittadino ed ha la finalità di capire come le città alterano gli equilibri ecologici, la biodiversità, il ciclo dei nutrienti. Ha anche lo scopo di migliorare la vivibilità, la naturalità e sostenibilità delle città. Peculiarità dell’ecosistema città: § BIODIVERSITÀ La biodiversità delle città è minore rispetto alle aree circostanti, anche se esistono delle piccole eccezioni. Il problema, però, è che spesso le aree verdi che contengono un popolamento animale e vegetale all’interno delle città, vanno a creare delle isole. Questo provoca diverse problematiche, perché c’è poco scambio genetico tra le popolazioni che non sono connesse. § RUSCELLAMENTO Il ruscellamento è dovuto al fatto che in città la maggior parte delle strade sono lastricate da cemento o asfalto e quindi le acque adottano un ciclo diverso perché, non essendo assorbite dal suolo, finiscono nei tombini e poi nelle fogne. In caso di piogge abbondanti, acquistano molta velocità e possono provocare allagamenti che hanno diversi effetti sull’ecosistema. La presenza di vegetazione riduce il ruscellamento perché l’acqua viene assorbita dalla terra in cui si trovano le piante e le chiome degli alberi intercettano gran parte della pioggia e ne rallentano la caduta. § ISOLA DI CALORE Le città hanno temperature superiori rispetto alle aree circostanti, questo viene definito “effetto isola di calore” e succede perché le superfici artificiali assorbono e trattengono il calore. La vegetazione, invece, riduce le temperature perché le piante assorbono il calore per effettuare la fotosintesi, e perché in condizione di caldo, traspirando acqua, rinfrescano l’ambiente circostante. L’effetto isola di calore ha avuto degli effetti sia sugli animali che sulle piante: avendo reso le città più tropicali rispetto all’ambiente circostante, ha consentito la sopravvivenza di specie che altrimenti non sarebbero sopravvissute nel clima tipico delle città (es: pappagallini e storni che vengono in città a dormire, mangiano in campagna). § SPECIE ESOTICHE Le città hanno una flora e una fauna molto diverse rispetto alle aree limitrofe, spesso rilasciate dall’uomo o sfuggite dai giardini o allevamenti. § INQUINAMENTO Le città producono inquinamento di vario tipo (strade, industrie, riscaldamento) e le piante possono ridurre tale inquinamento (inquinamento aereo e liquido, no solido) assorbendo parte delle sostanze inquinanti conservandole nei vacuoli, depositandole sulle cortecce e/o trasformandola. 46 Per rendere le città più “green” esistono diverse strategie: • Orti urbani (community gardens) Sono degli spazi che tendenzialmente sono di proprietà del comune, sono generalmente aree abbandonate che vengono prese in gestione da associazioni di cittadini che riqualificano tali spazi, li coltivano per ricavarne principalmente frutta e verdura (in alcuni casi anche fiori e piante ornamentali). Hanno una valenza sia ecologica (non si usano pesticidi, quindi forniscono frutta e verdura a basso costo e biologica) che sociale (rappresentano dei siti di aggregazione e spesso sono coltivati da persone anziane), hanno funzione di raccordo tra la campagna e le città e possono per esempio permettere la sosta di uccelli. Gli orti urbani privati, hanno solo la funzione ecologica e non di aggregazione sociale. • Edifici, tetti e pareti verdi Sono dei componenti verdi che entrano all’interno di fabbricati, possono coprirne una parte oppure una porzione più importante. Gli edifici verdi sono edifici in cui la parte “green” viene fortemente integrata con quella abitative. - Possono avere una funzione ecologica perché possono contenere piante locali che mirano a preservare la biodiversità locale costituendo un habitat per alcune specie. - Possono avere la funzione di isolamento termico: è stato evidenziato, infatti, che pareti e tetti verdi possono ridurre il consumo energetico sia in inverno che in estate. - Possono fornire isolamento acustico. - Rallentano il ruscellamento dell’acqua, - Contribuiscono a depurare l’aria assorbendo l’anidride carbonica e alcuni inquinanti e producendo ossigeno. - Hanno inoltre una funzione estetica. I tetti verdi possono avere scopi multipli: alimentare, ricreativo e economico. • Alberate stradali Hanno tantissime funzioni ecologiche: riducono il ruscellamento e il rumore, riducono l’effetto isola di calore e fanno da barriera per il vento, hanno un importante funzione di posatoio e di luogo di sosta per gli uccelli, fungono da corridoio ecologico tra i parchi cittadini. Malgrado tutte le funzioni positive che hanno, spesso vengono demonizzate per quello che possono causare, come per esempio per la pericolosità di rami spezzati o per l’effetto delle radici sull’asfalto o sulle strutture sotterranee. In realtà queste problematiche potrebbero essere fortemente ridotte o addirittura azzerate attraverso la scelta delle giuste specie e una manutenzione corretta. • Parchi cittadini I parchi cittadini ospitano piante e animali, riducono l’effetto isola di calore, l’inquinamento e il rumore, hanno funzioni sociali, ricreative ed educative. • Aree archeologiche Spesso sono considerate solo per la loro valenza storico-artistica ma hanno anche una funzione ecologica: funzionano come dei parchi urbani ma essendo più protetti, sono luoghi in cui crescono specie locali a discapito delle specie esotiche. • Orti botanici Sono importantissimi perché hanno tutte le funzioni dei parchi cittadini ma hanno anche una funzione di conservazione della biodiversità, spesso ci sono progetti di protezione delle specie rare o in via di estinzione. 47 • Giardini privati I giardini privati hanno una funzione un po’ secondaria, ma possono avere una loro piccola importanza. Sono spesso di piccole dimensioni e per questo non hanno un grande ruolo sulla biodiversità e sulla rimozione dell’inquinamento acustico. Spesso ospitano una flora non nativa, tuttavia possono costituire aree di riposo o di transito all’interno dell’ecosistema urbano. 50 Lo spostamento di specie tra le tessere nel paesaggio è importante nel regolare la diversità e le dinamiche delle comunità, perché il fatto che ci sia una possibilità di scambio genetico all’interno di una popolazione e che ci sia la possibilità di spostamento delle specie, mantiene più vitali le varie componenti del paesaggio. La capacità di un paesaggio di ostacolare o facilitare gli spostamenti di organismi tra tessere è il grado di connettività del paesaggio. Quello che si pone come obiettivo la Rete Natura 2000 (un progetto europeo) è di aumentare la connessione tra le varie aree verde. Ciò può essere ottenuto grazie all’instaurazione di corridoi ecologici (più corridoi creano una rete ecologica). I corridoi devono avere una particolare caratteristica: devono consentire il passaggio di più animali possibili (terrestri, che volano, che nidificano, e potenzialmente di specie acquatiche). Un secondo elemento fondamentale da considerare è il passaggio tra i vari elementi (vari habitat) di un paesaggio (margini o confini). Il confine è definito come lo spazio in cui il margine di una tessera incontra quello di un’altra. Alcuni confini sono stretti e netti e costituiscono un marcato contrasto tra tessere adiacenti, altri sono larghi e graduali. Confini ampi formano una zona di ecotono tra tessere adiacenti. Funzionalmente, i confini connettono le tessere ambientali tramite flussi di materia, energia e organismi. I confini possono limitare o facilitare in modo diverso la dispersione dei semi e i movimenti di animali nel paesaggio. Poiché mescolano elementi di entrambe le tessere confinanti, i confini spesso presentano una composizione molto diversa da quella delle singole tessere. Queste condizioni fanno sì che le zone vicine ai confini possano sostenere la presenza sia di specie animali e vegetali delle tessere adiacenti, sia di specie adattate a questo ambiente di margine. Di conseguenza, i margini spesso presentano un’elevata biodiversità. 51 Per mantenere la popolazione vitale è quindi importante mantenere corridoi, sfumature di habitat e anche considerare la forma che si da alle aree naturali: • al centro di un ettaro di bosco con una forma quadrata non ci sono rumori e particolari influenze dall’esterno, è perciò un habitat indisturbato; • in un ettaro sviluppato in una striscia circondata da case o campi, invece, è molto vicina la componente antropica. Specie che non sono abituate a vivere a contatto con l’uomo, non riescono a sopravvivere. La forma degli habitat, quindi, influenza il numero di specie che vivono in quell’area. Più la forma degli habitat è quadrata, più si riesce a ottenere un’area centrale in cui l’influenza antropica è più lontana. I vari elementi del paesaggio possono cambiare continuamente nel tempo e questo ha ripercussioni per vari aspetti. 52 SERVIZI ECOSISTEMICI Sono dei benefici che traiamo dall’ambiente. In particolare, si ha un servizio ecosistemico quando una funzione ecosistemica offre dei benefici all’uomo che hanno un valore economico. Il concetto di servizi ecosistemici è stato introdotto per la prima volta nel 1997 da Costanza e rappresenta il primo tentativo di dare un valore monetario a quello che la natura ci offre, questo perché in quegli anni stava nascendo la consapevolezza che le risorse naturali non fossero illimitate e che bisognava iniziare a fare qualcosa per preservarle. Dare un valore economico alla natura è stato un modo per far capire a politici e industriali che la natura ha un valore. Funzione ecosistemica: proprietà biologiche e funzionamento di habitat, ecosistemi e processi degli ecosistemi. Servizi ecosistemici: offrono benefici alle popolazioni umane direttamente o indirettamente. Es: impollinazione (una cosa che fanno gli animali per noi e ci danno un riscontro economico) Per servizi ecosistemici si intendono: o sia i beni come cibo, acqua, materie prime, materiali da costruzione e risorse genetiche; o sia le funzioni ed i processi degli ecosistemi che svolgono una funzione utile come l’assorbimento di CO2, produzione di ossigeno, protezione da inondazioni e dall’erosione, regolamento dello scorrimento delle acque, ecc. Esistono tanti servizi ecosistemici, sono insostituibili e ogni volta che perdiamo un pezzo di natura perdiamo benefici preziosi e soldi. Alcuni servizi sono di interesse globale (il mantenimento della composizione chimica dell’atmosfera), altri dipendono dalla vicinanza di aree abitate (presenza delle mangrovie sulle zone costiere per proteggere da eventi distruttivi), altre ancora si esplicano solo localmente (funzione ricreativa di un parco). The Economics of Ecosystems and Biodiversity (TEEB) è un’iniziativa globale incentrata sul rendere visibili i valori della natura. Il suo obiettivo principale è quello di integrare i valori della biodiversità e dei servizi ecosistemici nel processo decisionale. Mira a raggiungere questo obiettivo riconoscendo l’ampia gamma di benefici forniti dagli ecosistemi e della biodiversità e dimostrando il loro valore in termini economici. Ci sono 4 categorie generali dei servizi ecosistemici - Approvvigionamento (fornitura delle risorse materiali: acqua, cibo, medicine, legname..) - Regolazione (mitigare alcuni processi naturali: es: controllo dell’erosione) - Supporto alla vita (sono alla base di tutti gli altri e sono la disponibilità di habitat e la biodiversità) - Valori culturali (sono i più difficili da monetizzare perché legati a funzioni cognitivo e culturale legati al benessere psicofisico e artistico) Approvvigionamento: produzione di risorse rinnovabili economicamente utili. ñ Cibo Ricaviamo fonti di cibo (sia animale che vegetale) da praticamente tutti gli ecosistemi. La conservazione di questi ecosistemi ci assicura il nutrimento. Oggi si produce il 17% in più di cibo per persona rispetto a 30 anni fa. Di tutti i servizi ecosistemici, la produzione alimentare ha mostrato una tendenza costantemente al rialzo. Tuttavia, è ormai riconosciuto che i guadagni nella produzione agricola e nella produttività sono stati spesso accompagnati da effetti negativi sulle risorse naturali che mettono a repentaglio il potenziale produttivo del futuro. 55 • Gli animali che brucano nei boschi riducono la vegetazione del sottobosco (materiale altamente infiammabile) avendo un’importante prevenzione di riduzione degli incendi; • Le barriere coralline riescono a ridurre le azioni delle onde. ñ Trattamento dell’acqua di scarto Ci sono diversi ecosistemi in grado di filtrare e depurare l’acqua che noi produciamo come reflui sia da un punto di vista agricolo ma anche urbano (sistema fognario). Questo viene spesso svolto da fiumi, mari ma soprattutto dalle paludi, che ospitano microrganismi in grado di degradare i rifiuti. Anche gli alberi sono importanti nel trattamento delle acque perché sono in grado di assorbire alcune sostanze soprattutto tramite la rizosfera. L’apparato radicale, infatti, crea un ambiente in cui ci sono condizioni favorevoli per organismi che sono in grado di degradare diverse sostanze inquinanti. Gli alberi contribuiscono inoltre al ciclo dei nutrienti, rimettendo in circolo altre sostanze. ñ Prevenzione dell’erosione del suolo e mantenimento fertilità L’erosione del suolo è uno dei processi che porta alla perdita di fertilità dei suoli e successivamente alla desertificazione. Questo dal punto di vista economico ha importanti ripercussioni, sfamare tutte le persone che ci sono al mondo è infatti una delle priorità. Ci sono diversi studi che hanno evidenziato che quanto più un sistema agricolo assomiglia a una foresta naturale, tanto meno possibilità ci sono di erosione del suolo. Gli alberi sono molto importanti: le radici sono in grado di favorire organismi importanti per il ciclo dei nutrienti (importanti per la decomposizione), e possono sviluppare simbiosi che contribuiscono alla fissazione dell’azoto. ñ Impollinazione È un servizio ecosistemico la cui importanza è stata riconosciuta solo recentemente perché si sta assistendo a una forte riduzione degli impollinatori (api, farfalle, formiche, mosche, uccelli, pipistrelli). Tale riduzione è stata associata all’uso di pesticidi, ai cambiamenti climatici e all’aumento di parassiti. La nutrizione umana e la diversità alimentare sono fortemente dipendenti dagli impollinatori, il 35% della produzione mondiale di colture alimentare, infatti, dipende da essi (soprattutto dalle api). C’è stato un rinnovato interesse nel trovare soluzioni per favorire la presenza di api e altri impollinatori: è necessario innanzitutto ridurre i pesticidi, bisogna poi fornire loro habitat (come piantare siepi e aggiungere specie di fiori al bordo dei campi). Le foreste sono habitat importanti per gli impollinatori perché forniscono rifugio e cibo, inoltre, la presenza di api nelle foreste rappresenta un beneficio anche per le foreste stesse: infatti le api contribuiscono a mantenere più facilmente la biodiversità e a una migliore rigenerazione degli alberi. ñ Controllo biologico Gli organismi viventi sono in grado di influenzarsi l’un l’altro: questo è molto importante per l’equilibrio tra predatori e parassiti, soprattutto per i benefici che questi possono avere per l’uomo. Alcuni predatori sono in grado di regolare il numero di parassiti che possono attaccare le colture. Le coccinelle sono i predatori naturali degli afidi (che succhiano la linfa delle piante, riducendo fortemente le rese agricole). Diffondere le coccinelle può ridurre la presenza di afidi, riducendo di conseguenza le perdite. Per mantenere queste dinamiche di popolazione tra parassiti e predatori è importante mantenere la biodiversità: spesso viene utilizzato un approccio ecosistemico. Si considera un 56 campo agricolo non come qualcosa che deve portare a una produzione ma come se fosse un ecosistema: in questo modo si va a migliorare la biodiversità garantendo un ambiente favorevole per i predatori dei parassiti, si riduce l’uso di pesticidi (riducendo di conseguenza i costi degli agricoltori e l’inquinamento) e si aumenta la quantità della produzione. In alcuni centri di produzione di ciliegie in America, ad esempio, sono stati posti dei nidi per i falchi. Essi hanno ridotto fortemente la presenza di animali che si nutrivano di ciliegie. Aggiungendo poche cassettine di nidi (poche centinaia di dollari), si ha avuto un incremento di milioni di dollari nella produzione. ñ Regolazione del ciclo dell’acqua Le piante sono importantissime per la regolazione del ciclo dell’acqua e la loro importanza è spesso trascurata. I boschi riducono la velocità con cui la pioggia cade sul suolo, favoriscono la penetrazione dell’acqua nel terreno, trattengono parzialmente l’acqua assorbendola. Le foreste influenzano la quantità di acqua disponibile e i tempi di flusso dell’acqua. La regolazione del flusso è dovuta dalla volta della foresta. Supporto: sono alla base di tutti gli altri servizi. ñ Habitat per altre specie Gli ecosistemi sono habitat per piante e animali, mantengono una funzionalità e garantiscono dei processi che sono alla base di tutti i benefici che traiamo dagli ecosistemi stessi. Alcuni ecosistemi sono più importanti perché contengono un numero molto alto di specie (hotspot della diversità). Gli agro-ecosistemi possono andare a riprodurre la diversità e la complessità di ecosistemi naturali fornendo habitat per molte specie. Più un ecosistema agricolo assomiglia a un ecosistema naturale, più riuscirà a mantenere e fornire un maggior numero di servizi ecosistemici. Gli ecosistemi marini e d’acqua dolce sono habitat chiave per moltissime specie acquatiche. Le barriere coralline, per esempio, ospitano il 25% delle specie di pesce che a loro volta forniscono una fonte significativa di cibo per oltre un miliardo di persone in tutto il mondo. Le foreste (tropicali, temperate e boreali) offrono habitat diversi per piante, animali e microrganismi: forniscono in questo modo oltre il 10% del PIL in molti paesi più poveri. Nonostante abbiano un ruolo così rilevante nell'economia mondiale, i progressi verso la gestione sostenibile delle foreste sono ancora limitati e vi è una continua perdita e degrado delle foreste in molti paesi in via di sviluppo. ñ Mantenimento della diversità genetica Mantenere la diversità genetica sia in ambiente naturale che in ambiente di agricoltura e allevamento è importantissimo per l’evoluzione e la selezione naturale/artificiale per fronteggiare cambiamenti ambientali. Avere una diversità genetica offre diverse opzioni per far fronte a diversi cambiamenti ambientali (siccità, parassiti, malattie), ci offre una gamma più ampia per affrontare sfide future. Tuttavia, dal ‘900 circa il 75% della diversità genetica vegetale è andata perduta perché tanti agricoltori si sono orientati alla coltivazione di specie più richieste dal mercato. Oltre il 20% delle razze animali è stato identificato come a rischio di estinzione. Gli allevatori hanno bisogno di un ampio patrimonio genetico a cui attingere se vogliono migliorare le caratteristiche dei loro animali in condizioni mutevoli. 57 Culturali: gli ambienti naturali offrono all’uomo un benessere che può essere fisico o spirituale/culturale. Sono i più difficili da monetizzare proprio perché sono legati al benessere psicofisico e artistico. ñ Sport e crescita cognitiva Le attività di svago svolte nella natura svolgono un ruolo importante nel mantenimento della salute mentale e fisica. Campagne, boschi e mare ci offrono numerose opportunità per rilassarci e hanno effetti benefici per la salute. ñ Turismo È importante perché attira milioni di viaggiatori in tutto il mondo. Questo servizio ecosistemico offre vantaggi sia per i visitatori (che fanno attività, esplorano nuovi ambienti) sia per chi lavora nell’ambito del turismo. Molti paesaggi sono il risultato di una coevoluzione della natura e dell’agricoltura tradizionale. Il turismo agricolo è un mercato in rapida crescita, che consente di riconnettersi con la natura (es: fattorie, scoprire come si fa il formaggio..) ñ Apprezzamento estetico e ispirazione per cultura, arte e design La natura è inoltre una fonte di ispirazione, in particolare per l’arte. Es: laghetto di ninfee Monet (vale milioni di euro). Utilizzo di elementi naturali sulle sculture (foglie decorative). Scala a chiocciola à elica del DNA. ñ Esperienza spirituale e senso di appartenenza ad un luogo Tante popolazioni mantengono una connessione spirituale con la natura. Il paesaggio dei luoghi di nascita e le tradizioni e i costumi associati sono importanti per creare un senso spirituale di appartenenza. Piante e animali sono spesso usati in cerimonie di vario tipo (la dea del riso è venerata a Bali), incarnano spiriti buoni o cattivi. Diversi proverbi e racconti parlano dell’importanza della pesca. Tutti questi servizi ecosistemici sono importantissimi ma nel Millennium Ecosystem Assessment si rileva che la maggior parte dei Servizi Ecosistemici sono già in declino o sono indicati con possibili tendenze negative nel futuro. D’altra parte c’è una crescente domanda di questi servizi perché la popolazione mondiale sta crescendo e vuole mantenere un alto stile di vita o lo vuole raggiungere. Alti tenori di vita spesso implicano uno sfruttamento non sostenibile delle risorse e dei servizi ecosistemici. Occorre invertire la rotta, trovare delle alternative. La funzionalità degli ecosistemi sta subendo una serie di pressioni collegate alle politiche economiche, allo sviluppo tecnologico e alle aspettative di benessere e da scelte nei consumi (come la crescente richiesta di carne).