Ecosistemi, reti trofiche e impatto umano
Un lago alpino in primavera: alghe, insetti, trote, aironi, batteri nel fango. Nessun essere vivente vive da solo: tutti dipendono dagli altri e dall'ambiente fisico. Come si studiano queste relazioni? E che cosa succede se qualcuno, per esempio con uno scarico di fertilizzanti, ne cambia le regole? Alla fine della pagina saprai rispondere.
Dagli individui alla biosfera
L'ecologia studia i rapporti tra gli organismi e l'ambiente in cui vivono. Per farlo si distinguono livelli di organizzazione sempre più ampi.
In un ecosistema agiscono due tipi di fattori. I fattori biotici sono gli esseri viventi e le loro interazioni (predazione, competizione, simbiosi). I fattori abiotici sono quelli non viventi: temperatura, luce, acqua, suolo, vento, salinità.
Definisci i termini: popolazione, comunità, ecosistema, biosfera. Fai un esempio per ciascuno usando un ambiente italiano (per esempio un lago alpino).
Definisci i termini: popolazione, comunità, ecosistema, biosfera. Fai un esempio per ciascuno usando un ambiente italiano (per esempio un lago alpino).
Spiega la differenza tra fattori biotici e abiotici e indica due esempi per tipo in un bosco dell'Appennino.
Spiega la differenza tra fattori biotici e abiotici e indica due esempi per tipo in un bosco dell'Appennino.
Densità e crescita di una popolazione
Per descrivere una popolazione si usa la densità di popolazione: il numero di individui per unità di superficie (o di volume).
$$d = \frac{N}{S}$$La regola ha un senso intuitivo: dire «200 individui» non basta, perché 200 aironi su 1 ettaro sono molto più «affollati» di 200 su 1.000 ettari.
Crescendo, una popolazione incontra dei fattori limitanti: cibo, spazio, predatori, malattie, siccità. Più la densità è alta, più questi fattori pesano, e la crescita rallenta fino a stabilizzarsi.
In una laguna della costa adriatica una popolazione di $200$ aironi vive su $50\ \text{ha}$. a) Calcola la densità di popolazione, in individui per ettaro. b) Se la…
In una laguna della costa adriatica una popolazione di $200$ aironi vive su $50\ \text{ha}$.
- a) Calcola la densità di popolazione, in individui per ettaro.
- b) Se la popolazione sale a $300$ individui sullo stesso territorio, calcola la nuova densità.
- c) Nomina due fattori che potrebbero limitare la crescita.
Catene e reti trofiche, flusso di energia
Ogni essere vivente ha bisogno di energia. Nell'ecosistema l'energia entra dal Sole e passa da un organismo all'altro mangiando e venendo mangiati: è una catena alimentare. Ogni anello è un livello trofico.
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Produttori (autotrofi): le piante e le alghe producono sostanza organica con la fotosintesi.
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Consumatori primari: erbivori. Secondari: carnivori che mangiano erbivori. Terziari e oltre: predatori di predatori.
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Decompositori (batteri e funghi): demoliscono la materia organica morta.
Le frecce vanno da chi viene mangiato a chi mangia: indicano la direzione in cui passa l'energia. In natura quasi nessuno mangia una sola cosa, quindi più catene si intrecciano in una rete trofica.
Perché le catene sono corte
Un consumatore usa gran parte dell'energia del cibo per respirare, muoversi, mantenersi caldo, e la perde come calore. Solo circa il $10\%$ passa al livello successivo. La piramide dell'energia mostra come si riduce a ogni gradino.
Dopo pochi passaggi l'energia residua è troppo poca per sostenere un altro livello: per questo le catene hanno in genere 4-5 anelli al massimo. Per lo stesso motivo i predatori all'apice sono pochi e rari.
Nella catena alimentare «erba → cavalletta → rana → serpente → falco», indica produttore, consumatori primari, secondari, terziari e quaternari.
Nella catena alimentare «erba → cavalletta → rana → serpente → falco», indica produttore, consumatori primari, secondari, terziari e quaternari.
In una piramide dell'energia, i produttori di un prato dispongono di $10.000\ \text{kJ}$ per metro quadro all'anno. Si assume che da un livello trofico a quello…
In una piramide dell'energia, i produttori di un prato dispongono di $10.000\ \text{kJ}$ per metro quadro all'anno. Si assume che da un livello trofico a quello successivo si trasferisca circa il $10\%$ dell'energia.
- a) Calcola l'energia disponibile per i consumatori primari.
- b) Calcola l'energia disponibile per i consumatori secondari e terziari.
- c) Spiega perché le catene alimentari hanno pochi livelli.
I decompositori e il ciclo della materia
In un bosco cadono foglie, rami, animali morti. Dove finiscono? Funghi e batteri decompositori li demoliscono e trasformano la materia organica in sostanze semplici (CO₂, acqua, sali minerali come nitrati e fosfati) che tornano nel suolo e nell'aria.
I produttori riassorbono queste sostanze e le riutilizzano: così la materia circola. Senza decompositori la materia resterebbe bloccata nei resti, i nutrienti finirebbero e i produttori non potrebbero più crescere.
Descrivi il ruolo dei decompositori in un bosco: che cosa trasformano, che cosa restituiscono all'ambiente e perché sono indispensabili al ciclo della materia.
Descrivi il ruolo dei decompositori in un bosco: che cosa trasformano, che cosa restituiscono all'ambiente e perché sono indispensabili al ciclo della materia.
L'impatto umano e la sostenibilità
L'uomo fa parte degli ecosistemi, ma con le sue attività può alterarli profondamente. Vediamo tre casi.
Eutrofizzazione
Un lago prealpino riceve fertilizzanti ricchi di fosfati dai campi. Che cosa succede?
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I fosfati sono nutrienti: le alghe crescono in modo eccessivo (fioritura algale).
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Lo strato di alghe impedisce alla luce di arrivare in profondità: le alghe sotto muoiono.
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I decompositori si moltiplicano per demolire tanta sostanza morta e consumano molto ossigeno disciolto.
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L'ossigeno scende sotto il minimo necessario: i pesci muoiono (morìa di pesci).
Misure di sostenibilità: ridurre e dosare i fertilizzanti, depurare gli scarichi, fasce di vegetazione lungo le rive.
Bioaccumulo (DDT)
Alcune sostanze, come il pesticida DDT, non vengono degradate né eliminate: si accumulano nei tessuti. Lungo la catena alimentare la concentrazione aumenta a ogni passaggio (biomagnificazione), perché ogni predatore mangia molte prede contaminate. Chi sta in cima alla catena ha le concentrazioni più alte.
CO₂ e effetto serra
Bruciando combustibili fossili (carbone, petrolio, metano) si rilascia il carbonio accumulato per milioni di anni: la CO₂ atmosferica cresce più in fretta di quanto foreste e oceani riescano ad assorbirla. La CO₂ trattiene parte del calore emesso dalla Terra (effetto serra): un po' di effetto serra è naturale e necessario, ma l'eccesso fa salire la temperatura media.
Azioni sostenibili: individuali (mezzi pubblici o bicicletta, meno sprechi di energia, alimentazione con più vegetali) e collettive (energie rinnovabili, riforestazione, politiche per ridurre le emissioni).
In un lago prealpino si diffonde un'alga che causa eutrofizzazione dopo uno scarico di fertilizzanti agricoli ricchi di fosfati. a) Descrivi la sequenza di eventi che…
In un lago prealpino si diffonde un'alga che causa eutrofizzazione dopo uno scarico di fertilizzanti agricoli ricchi di fosfati.
- a) Descrivi la sequenza di eventi che porta alla morìa di pesci.
- b) Spiega il ruolo dei decompositori e dell'ossigeno disciolto.
- c) Proponi due misure di sostenibilità per ridurre il problema.
Il pesticida DDT, non degradabile, si concentra lungo la catena alimentare: $0,04\ \text{ppm}$ nel plancton, $0,5\ \text{ppm}$ nei pesci piccoli, $2\ \text{ppm}$ nei…
Il pesticida DDT, non degradabile, si concentra lungo la catena alimentare: $0,04\ \text{ppm}$ nel plancton, $0,5\ \text{ppm}$ nei pesci piccoli, $2\ \text{ppm}$ nei pesci predatori, $25\ \text{ppm}$ negli uccelli ittiofagi.
- a) Come si chiama il fenomeno?
- b) Calcola di quante volte la concentrazione negli uccelli supera quella nel plancton.
- c) Spiega perché i predatori all'apice sono i più colpiti.
La concentrazione di $\text{CO}2$ atmosferica è passata da circa $280\ \text{ppm}$ in epoca preindustriale a circa $420\ \text{ppm}$ oggi. a) Calcola l'aumento…
La concentrazione di $\text{CO}_2$ atmosferica è passata da circa $280\ \text{ppm}$ in epoca preindustriale a circa $420\ \text{ppm}$ oggi.
- a) Calcola l'aumento percentuale.
- b) Spiega il legame tra combustibili fossili, ciclo del carbonio ed effetto serra.
- c) Indica due azioni sostenibili, una individuale e una collettiva, e motiva la loro efficacia.
Vuoi riassumere? Il lago dell'inizio: con troppi fosfati le alghe esplodono, i decompositori consumano l'ossigeno e i pesci muoiono. Tutto è collegato.
In sintesi
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Popolazione (una specie) → comunità (più specie) → ecosistema (comunità + ambiente) → biosfera.
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Fattori biotici (viventi) e abiotici (non viventi) determinano dove e quanto vive una popolazione; la densità è $d = N/S$.
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L'energia scorre dai produttori ai consumatori e perde circa il $90\%$ a ogni livello: per questo le catene sono corte.
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I decompositori riciclano la materia organica in sostanze che i produttori riutilizzano.
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Eutrofizzazione, bioaccumulo e aumento della CO₂ mostrano l'impatto umano; la sostenibilità cerca di ridurlo.