L'Ecologia
Coniato dal biologo tedesco Ernst Heinrich Haeckel nel 1869, il termine ecologia deriva dal greco óikos, "casa", e lógos, "discorso".
Scienza biologica che studia l'ambiente e le relazioni che i diversi organismi viventi instaurano tra loro e con l’ambiente stesso.
L'ambiente fisico è caratterizzato da fattori fisico-chimici, detti complessivamente fattori abiotici, quali la temperatura, l'umidità, l'intensità luminosa, la concentrazione di ossigeno, di anidride carbonica e di sostanze nutritive nel suolo, nell'acqua e nell'aria; si parla invece di ambiente biologico o di componente biotica per indicare l’insieme di tutti gli organismi viventi presenti in un dato ambiente fisico.
L'ecologia è una scienza complessa che sfrutta le conoscenze di numerose discipline, tra cui la climatologia, l'idrologia, l'oceanografia, la fisica, la chimica, la geologia, la pedologia (scienza dei suoli), l'etologia, la tassonomia, la fisiologia e la matematica.
L'ecologia moderna ha avuto inizio con gli studi di Charles Darwin, che nella sua teoria dell'evoluzione ha messo in evidenza gli adattamenti dei diversi organismi ai vari tipi di ambiente, sottoposti al vaglio della selezione naturale. Un altro importante contributo allo sviluppo dell'ecologia si deve al naturalista e geografo Alexander Humboldt, che ha studiato la distribuzione delle specie vegetali sul nostro pianeta.
Insieme delle condizioni ambientali fisiche (ad esempio, luce e temperatura) e chimiche (ad esempio, concentrazione di sostanze nutritive) in cui un organismo cresce ed espleta le sue funzioni vitali. L'insieme degli organismi che popolano un habitat prende il nome di comunità (o biocenosi); la funzione che ciascun organismo espleta all'interno dell'habitat prende il nome di nicchia ecologica.
La biosfera è l'insieme di tutti gli ambienti naturali esistenti sulla Terra e di tutti gli organismi viventi che li popolano; comprende la superficie terrestre, i mari, il sottosuolo (fino a poche decine di metri di profondità) e l'atmosfera (fino a qualche migliaio di metri di quota).
A scopo di studio, viene suddivisa in diversi insiemi e sottoinsiemi: in biomi, vale a dire in ampi complessi ecologici comprendenti tutte le comunità di organismi viventi che abitano una determinata area geografica caratterizzata da un clima definito e quindi da una vegetazione specifica (esempi di biomi sono la tundra, la foresta, la prateria e il deserto); e in ecosistemi che, secondo la definizione coniata nel 1935 dal botanico inglese Arthur George Tansley, sono le unità ecologiche formate dall'insieme degli organismi viventi (componente biotica) e dei fattori fisico-chimici (componente abiotica) tipici di un determinato ambiente (o habitat), inteso come sistema integrato capace di autoregolazione. A sua volta, ogni ecosistema può essere visto come un insieme di nicchie ecologiche, unità ambientali in cui ogni specie vivente trova le risorse energetiche di cui ha bisogno ed esercita la propria funzione biologica. L'energia e le sostanze nutritive, vale a dire gli ingredienti necessari al funzionamento del sistema, vengono trasmessi ai diversi elementi che lo compongono attraverso una serie di complicate relazioni trofiche.
L’energia e le sostanze nutritive fluiscono attraverso gli ecosistemi secondo modalità diverse.
A seconda del sistema in base al quale gli organismi viventi sfruttano l'energia disponibile, possono essere classificati come: produttori primari (fondamentalmente gli organismi fotosintetici, che utilizzano la luce per produrre sostanze nutritive = piante), consumatori (tutti gli animali erbivori e carnivori che utilizzano le sostanze nutritive sintetizzate dalle piante o metabolizzate da altri animali) e decompositori (funghi e batteri che restituiscono all'ambiente le sostanze organiche presenti negli organismi morti). a più importante fonte energetica dell'intera biosfera è il Sole.
All’interno di ogni ecosistema, l'energia luminosa assorbita dalle piante viene trasformata, mediante il processo di fotosintesi, in energia chimica immagazzinata in composti del carbonio. In una serie di passaggi successivi, tale energia chimica viene trasferita dapprima agli animali erbivori e quindi ai carnivori, attraverso una serie di sequenze trofiche dette catene alimentari, che si intersecano a formare più ampie reti alimentari. Il materiale organico non utilizzato all'interno delle catene alimentari (ad esempio foglie cadute, rami, radici, tronchi e carcasse di animali) viene trasformato all'interno delle catene della decomposizione, in cui batteri, funghi e altri organismi degradano e riciclano i composti organici di scarto, reimmettendoli nell'ambiente. Così facendo, la natura riesce a ottimizzare il consumo dell'energia inizialmente immagazzinata nelle piante.
Schematizzando si può dire che esistono 5 livelli trofici: il primo è formato dalle piante verdi che trasformano la luce solare in energia. Il secondo livello trofico è formato dagli animali erbivori (lumaca,cavalletta,ovini), i quali possono essere divorati dai carnivori primari (lucertola, lucciola) che formano il terzo livello.
Gli animali del terzo livello possono essere prede dei carnivori secondari (gatto, piccolo uccello predatore) che compongono il quarto livello trofico, a cui segue raramente il quinto livello trofico, che può essere composto da grandi carnivori o uccelli rapaci che predano i carnivori secondari.
Sequenza di rapporti alimentari esistente tra gli organismi di un ecosistema che si nutrono l’uno dell’altro salendo gradualmente di livello trofico. La catena alimentare va considerata come un’astrazione semplificata di una realtà ecologica molto complessa: in natura, infatti, quello che corrisponde a un anello della catena rappresenta in realtà il nodo di una vera e propria rete alimentare.
(Rete alimentare Insieme di catene alimentari integrate, che permettono la circolazione di materia ed energia all'interno di un ecosistema)
Le reti alimentari possono essere divise in due grandi gruppi: le reti del pascolo, che sono basate sulle piante verdi, le alghe o il plancton fotosintetico, e le reti dei detriti, che sono basate sui detriti organici. In una rete del pascolo la materia passa dalle piante (erba) agli erbivori (pecora) e da questi ai carnivori (lupo), mentre in una rete dei detriti le sostanze organiche passano dalle sostanze vegetali e animali in decomposizione ai batteri e ai funghi (organismi decompositori), da questi agli organismi che si cibano di detriti (detritivori = lombrico) e quindi ai loro predatori (carnivori = pettirosso).
È uno degli aspetti ecologici più importanti e interessanti, in quanto riguarda le interazioni di tutti gli organismi tra loro e con l’ambiente fisico in cui sono inseriti.
Predazione
Sistema di nutrizione eterotrofa messo in atto da un organismo, detto predatore, che cattura, uccide e consuma altri organismi, detti prede. Nell'ambito della rete alimentare, i predatori appartengono alla categoria dei consumatori.
La predazione propriamente detta si distingue dagli altri sistemi di alimentazione attuati dai consumatori, vale a dire da parassiti, parassitoidi, animali spazzini (necrofagi) ed erbivori, perché comporta l'uccisione attiva di una preda di per sé sana.
Nell’ambito di un ecosistema, la predazione è uno dei meccanismi ecologici che contribuiscono al trasferimento delle risorse energetiche attraverso i diversi livelli trofici della rete (alimentare). Inoltre la predazione influisce fortemente sulle dimensioni delle popolazioni sia delle prede che dei predatori. In genere, la dinamica di due popolazioni legate da un rapporto di predatore-preda è ciclica: per effetto della pressione del predatore, la popolazione delle prede diminuisce sensibilmente; in seguito alla riduzione della disponibilità di cibo, il numero di predatori si riduce a sua volta, consentendo una ripresa della popolazione predata, e così via. In altri casi le due popolazioni raggiungono un equilibrio relativamente stabile, tale per cui il numero di entrambe rimane costante nel tempo. La predazione, inoltre, costituisce un potente strumento della selezione naturale, in quanto favorisce l'eliminazione degli elementi più deboli e malati delle popolazioni predate, e la conservazione degli individui più forti.
Parassitismo
Relazione che si instaura tra due organismi di cui uno, il parassita, vive sopra o all'interno di un altro vivente, detto organismo ospite, procurandogli danno e traendone vantaggio. Durante il loro ciclo vitale, molti parassiti sfruttano due o più ospiti, un ospite definitivo o finale e uno o più ospiti intermedi. Gli ospiti intermedi che trasmettono attivamente i parassiti da un ospite finale a un altro sono detti vettori. Si trovano parassiti in tutti i gruppi di organismi viventi. I parassiti sono oggetto di indagine a causa delle malattie di cui sono responsabili. La disciplina che si occupa dello studio dei parassiti, dei loro cicli vitali e delle malattie che essi causano è la parassitologia.
Il parassitismo è un tipo di relazione che solitamente si instaura tra organismi appartenenti a specie differenti; in tal senso, esso è considerato un tipo di relazione interspecifica. Nel corso dell'evoluzione, si sono instaurati equilibri molto delicati tra i parassiti e i propri ospiti; infatti i primi, sfruttando altri organismi, non devono provocarne la morte dato che, in tal caso, a essi verrebbe a mancare la fonte di sostentamento. Nello stesso tempo, gli ospiti hanno sviluppato particolari modalità di comportamento e strutture corporee atte a proteggersi dall'attacco dei parassiti. I parassitoidi sono particolari parassiti (rappresentati da pochi gruppi di insetti allo stadio larvale) che si nutrono dei tessuti di altri insetti vivi, causandone infine la morte.
Il vantaggio che il parassita ottiene è di solito di tipo alimentare: esso, infatti, utilizza come proprio nutrimento le sostanze ingerite dall'ospite (è il caso della tenia, che si insedia nell’apparato digerente del suo ospite), o parti del corpo di questo, come il sangue (è il caso degli insetti ematofagi, come le zecche). Il parassita può anche trovare nel suo ospite un rifugio contro possibili predatori e un ambiente sicuro in cui riprodursi.
È possibile distinguere diversi tipi parassiti, considerando diverse loro caratteristiche. A seconda che vivano, rispettivamente, all'esterno (come i pidocchi) o all'interno (come l'ossiuro) del corpo dell'ospite, i parassiti si dividono in ectoparassiti o endoparassiti. Vengono detti parassiti permanenti quelli che trascorrono la maggior parte del proprio ciclo vitale all'interno di un ospite; sono invece detti parassiti temporanei quelli che vivono solo un breve periodo della loro vita all’interno di un altro organismo. Parassiti che non possono sopravvivere in assenza di un ospite sono detti parassiti obbligati, in contrapposizione ai parassiti facoltativi. Infine, a seconda che un parassita nel corso del suo ciclo vitale utilizzi uno o più ospiti viene detto rispettivamente, autoico o eteroico.
Rapporto che si instaura all’interno di un ecosistema tra gli individui di una medesima specie o tra due o più specie che sfruttano la stessa risorsa, quando questa è disponibile in quantità limitata. Si parla di competizione intraspecifica quando i competitori sono membri della stessa specie, di competizione interspecifica quando appartengono a specie diverse. La probabilità che i membri di una popolazione entrino in competizione tra di loro dipende, oltre che dalla disponibilità delle risorse, anche dalla densità della popolazione: maggiore è il numero di individui per unità di superficie, minore è la porzione della risorsa destinata a ciascuno.
All'interno di una comunità, la competizione tra due specie differenti porta generalmente al successo di una delle due e alla scomparsa dell’altra. Si tratta del cosiddetto principio di esclusione competitiva, secondo cui due specie di una stessa comunità ecologica non possono occupare la stessa nicchia.
Commensalismo
Il commensalismo rappresenta un tipo di relazione simbiotica nella quale uno dei due organismi, detto commensale, trae vantaggio da un’ospite, senza danneggiarlo né beneficiarlo. Più frequente fra gli invertebrati marini, talvolta il commensalismo si osserva anche tra gli animali terrestri, ad esempio nell'associazione delle formiche con altri insetti come afidi e coleotteri. Altri tipi di interazioni sono le relazioni alimentari che si instaurano, ad esempio, tra i batteri intestinali e l'uomo o altri animali, specialmente gli erbivori. I primi favoriscono la digestione della cellulosa e di altre sostanze presenti negli alimenti; in cambio, essi ricevono nutrimento e protezione da parte dell'ospite. Molti organismi commensali presentano adattamenti che permettono loro di cibarsi dei residui alimentari dei loro ospiti o di nascondersi sul corpo di questi, traendo protezione dai predatori.
Amensalismo
L’amensalismo si ha quando una specie vivente danneggia per sbaglio un’altra specie vivente senza però trarne alcun vantaggio.
È il caso di alcuni funghi che per eliminare i batteri concorrenti producono emissioni antibiotiche, tuttavia queste emissioni possono danneggiare anche batteri che non sono in concorrenza con il fungo.
Simbiosi
In ecologia, relazione che si instaura tra due organismi, e che avvantaggia entrambi, o uno dei due senza arrecare danno all’altro. Il termine simbiosi deriva dal greco symbiôun, "vivere insieme". Se ciascuno dei due organismi non può sopravvivere in assenza dell’altro, la simbiosi si dice obbligata; negli altri casi, si parla di simbiosi facoltativa. Gli individui coinvolti nella relazione simbiotica si dicono simbionti.
Si distinguono differenti tipi di rapporti simbiotici. La foresia e il commensalismo rappresentano relazioni non obbligate, che però portano vantaggio a uno dei due simbionti. Il mutualismo comporta un rapporto fra i simbionti che risulta vantaggioso per entrambi, e può essere facoltativo o obbligato.Con il termine di foresia si intende il fenomeno per cui un organismo, che prende il nome di foronte, si fa trasportare da un altro, senza portare danno a quest’ultimo. Può verificarsi il trasporto di uova o anche di animali adulti. Il beneficio che il foronte ricava è quello di diffondersi più rapidamente in un determinato ambiente o raggiungere una zona più favorevole.
Il mutualismo è una forma di simbiosi che conferisce un vantaggio a entrambi gli organismi coinvolti.
Il mutualismo può essere una relazione facoltativa, ma può diventare così stretta da non permettere più la sopravvivenza dei due organismi separatamente. I licheni, ad esempio, sono organismi particolari che si formano dalla relazione tra alcuni funghi (in genere, ascomiceti) e alcune alghe unicellulari (alghe verdi o cianobatteri). I funghi proteggono l'organismo simbionte dalla disidratazione, trattenendo l’umidità atmosferica, e assorbe dal terreno sostanze nutritive; in cambio, essi ricevono dalle alghe i carboidrati che essi producono tramite la fotosintesi. Un altro esempio di mutualismo è rappresentato dall'associazione che si instaura tra una specie di attinia e un paguro: la prima si attacca alla conchiglia abitata dal secondo, si nutre dei suoi avanzi di cibo e si fa trasportare da questo piccolo crostaceo, mentre quest'ultimo viene camuffato e al tempo stesso difeso dai tentacoli urticanti dell'attinia. Una particolare relazione simbiotica si instaura tra alcuni funghi e le cellule della zona epidermica delle radici di alcune piante arboree, come le conifere e le querce. L’apparato del micelio fungino forma una sorta di manicotto che avvolge la radice (nel caso delle ectomicorrize), il che avviene tipicamente in molte angiosperme a fusto legnoso e nelle gimnosperme; i funghi possono anche insediarsi all’interno delle cellule radicali (endomicorrize), come avviene in numerose angiosperme erbacee, come alcune graminacee. Le piante si avvantaggiano da questa relazione simbiotica soprattutto perché essa fornisce loro un maggiore apporto di fosfati e di altri sali minerali; i funghi ottengono dai vegetali zuccheri derivanti dalla fotosintesi. Le micorrize permettono l’insediamento di piante arboree in terreni molto poveri di sostanze, e apparentemente poco fertili