Flussi di energia negli ecosistemi

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Flussi di energia negli ecosistemi"

Ada Grimaldi
8 anni fa
Visualizzazioni

1 Flussi di energia negli ecosistemi 2 a parte Leonardo Beccarisi Corso di Ecologia Università degli Studi di Roma Tre 18 novembre a lezione

2 Sommario 1 Produttori primari nel mare Il fattore luce Disponibilità di carbonio Disponibilità di nutrienti 2 Comunità delle fumarole nere 3 Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? 4

Comunità delle fumarole nere 3 Home range e

3 Ricapitolando Produttori primari terrestri Il fattore luce Disponibilità di carbonio Disponibilità di nutrienti Reti trofiche Piramide di energia Efficienza ecologica (efficienza di Lindeman) L efficienza ecologica di un livello trofico è sempre inferiore a quella predicibile dalla 2 a legge della termodinamica Il caso dei produttori primari Gli esseri viventi si oppongono al libero trasferimento di energia da un livello trofico all altro Luce, anidride carbonica, acqua e disponibilità di nutrienti condizionano la produttività primaria A scala planetaria, temperatura e precipitazioni sono i fattori ambientali che condizionano maggiormente la produttività primaria

produttori primari Gli esseri viventi si oppongono al libero trasferimento di energia da un livello trofico all altro Luce, anidride carbonica, acqua e disponibilità

4 Il fattore luce Disponibilità di carbonio Disponibilità di nutrienti L estinzione della luce attraverso l acqua Zona epipelagica La luce è rapidamente assorbita dall acqua, e la sua energia è degradata in calore. La zona epipelagica è quello strato illuminato di mare in cui è possibile la fotosintesi. In acque pulite (oceani) La luce rossa è assorbita entro i primi m di profondità; la luce blu si estingue completamente entro m di profondità.

La zona epipelagica è quello strato illuminato di mare in cui è possibile la fotosintesi.

5 Il fattore luce Disponibilità di carbonio Disponibilità di nutrienti L estinzione della luce attraverso l acqua In acque torbide (acque costiere) Le acque costiere sono normalmente ricche di sedimenti e di particelle colloidali sospese. In queste condizioni, la luce può estinguersi entro poche decine di metri di profondità.

sono normalmente ricche di sedimenti e di particelle colloidali sospese.

6 Il fattore luce Disponibilità di carbonio Disponibilità di nutrienti L estinzione della luce attraverso l acqua Alga rossa Le alghe rosse e le alghe brune fanno fronte al problema dell assorbimento luminoso attraverso dei pigmenti accessori, annessi al sistema fotosintetico, i quali assorbono alcune lunghezze d onda che non stimolano la clorofilla. Alga bruna

problema dell assorbimento luminoso attraverso dei pigmenti accessori, annessi al sistema

7 Disponibilità di carbonio Il fattore luce Disponibilità di carbonio Disponibilità di nutrienti I vegetali marini sono capaci di utilizzare il carbonio dal sistema in soluzione bicarbonato-carbonato (principalmente dagli ioni bicarbonato). Equilibrio dei carbonati Anidride Acido carbonica + Acqua carbonico Bicarbonato Carbonato In formula: CO 2 + H 2O H 2CO 3 H + + HCO 3 H + + CO 2 3 Il processo è controllato dalla concentrazione di CO 2, dalla concentrazione di altri ioni e dalla temperatura.

Equilibrio dei carbonati Anidride Acido carbonica + Acqua carbonico Bicarbonato Carbonato In formula: CO 2 + H 2O H 2CO 3 H

8 Il fattore luce Disponibilità di carbonio Disponibilità di nutrienti Disponibilità di nutrienti in mare aperto La produttività primaria in mare aperto è molto bassa a causa della scarsa concentrazione di nutrienti nelle acque superficiali.

produttività primaria in mare aperto è molto bassa a causa

9 Correnti oceaniche Il fattore luce Disponibilità di carbonio Disponibilità di nutrienti

10 Il fattore luce Disponibilità di carbonio Disponibilità di nutrienti Disponibilità di nutrienti nelle zone di risalita In rosso sono indicate le zone di risalita (upwelling)

11 Il fattore luce Disponibilità di carbonio Disponibilità di nutrienti Disponibilità di nutrienti nelle zone di risalita Dove le correnti marine divergono si ha un effetto di risalita delle acque profonde in superficie (upwelling). In queste acque la concentrazione di nutrienti e la produttività primaria sono elevate.

divergono si ha un effetto di risalita delle acque profonde in superficie

12 Produttività negli oceani

13 Comunità delle fumarole nere Comunità delle fumarole nere (black smokers) Estremofili Microrganismi che vivono in condizioni proibitive per la maggior parte degli esseri viventi. Termofili e ipertermofili Microrganismi che vivono a temperature prossime ai 100 C.

proibitive per la maggior parte degli esseri viventi.

14 Produttori primari nel mare Comunita delle fumarole nere Comunita delle fumarole nere (black smokers) Microrganismi chemioautotrofi (metanobatteri, solfobatteri, idrogenobatteri) estremofili costituiscono il livello dei produttori delle comunita delle sorgenti idrotermiali sul fondo degli oceani. Vermi tubicoli (Siboglinidae) delle fumarole nere

idrogenobatteri) estremofili costituiscono il livello dei produttori delle comunita

15 Home range Produttori primari nel mare Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Home range Area minima in grado di sostenere le richieste energetiche individuali. Gli animali grandi hanno home range grandi.

Prede piccole a minore contenuto energetico, ma più semplici da catturare.

16 Teoria del foraggiamento ottimale Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Prede grandi ad alto contenuto energetico, ma difficili da catturare. Prede piccole a minore contenuto energetico, ma più semplici da catturare. Robert MacArthur ( ) Considerando gli sforzi per la ricerca e la cattura della preda, il consumatore adotta la soluzione che conduce al maggiore guadagno energetico.

17 Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Legge di Kleiber I trasferimenti energetici (tasso metabolico) di un organismo aumentano con l aumentare della sua massa corporea: Y = ax 0,75 dove Y è il tasso metabolico, a è una costante e X è la massa corporea. Dall equazione precedente si deriva che i tassi metabolici per unità di massa decrescono con la massa degli organismi: Max Kleiber ( ) Y X = ax 0,25

sua massa corporea: Y = ax 0,75 dove Y è il tasso metabolico, a è una costante e X è la massa corporea.

18 Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Legge del Q10 Ad ogni aumento di 10 C della temperatura corporea si ha un raddoppiamento della velocità delle reazioni biologiche. (MTE - Metabolic Theory of Ecology) Le richieste metaboliche (riproduzione, attività, crescita, riproduzione) degli organismi aumentano con l aumentare delle loro dimensioni e della temperatura corporea.

19 Produttività Produttori primari nel mare Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Produttività primaria L energia fissata dalle piante verdi (produttori primari). Produttività secondaria L energia che fluisce in ogni livello trofico, oltre quello dei produttori primari. Produttività lorda L energia nella biomassa prodotta assieme a quella utilizzata per produrla. Produttività netta L energia nella biomassa prodotta. Produtticità lorda n = Produttività netta n + Respirazione n dove n è il livello trofico.

Produttività secondaria L energia che fluisce in ogni livello trofico, oltre quello dei produttori primari.

20 Efficienza ecologica Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Efficienza ecologica (efficienza di Lindeman) Raymond Lindeman ( ) Il rapporto tra la produttività lorda (λ) al livello trofico n e quella al livello n 1 nell unità di tempo. Ad esempio, l efficienza ecologica degli erbivori (E h ) è E h = λ n(erbivori) λ n 1 (piante) 100 L efficienza ecologica è generalmente bassa e varia da meno dell 1% al livello trofico degli erbivori a poco più del 10% ai livelli più alti dei consumatori. La maggior parte dell energia che entra in un livello trofico viene, quindi, degradata nel livello trofico stesso.

21 Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Perché l efficienza ecologica dei consumatori è così bassa? 1 Perché le prede respirano 2 Perché le prede oppongono resistenza alla predazione 3 Perché solo una parte del cibo ingerito viene assimilata, mentre l altra viene escreta con le feci 4 Perché una parte dell energia viene eliminata come prodotto di rifiuto del metabolismo celluare (urine, ad esempio)

22 Efficienza di sfruttamento Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Efficienza di sfruttamento = Energia ingerita Produzione netta delle risorse 100 Sistema Efficienza di sfruttamento Deserto Mammiferi erbivori 2% del soprassuolo totale 5,5% della PPN 1 86% della produzione di semi Foresta decidua Insetti fitofagi 3-8% del fogliame Prateria Formiche 9-26% dei semi 1 Produttività primaria netta

23 Formiche granivore Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Ingresso di un nido della formica granivora Messor structor

24 Efficienza di assimilazione Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Efficienza di assimilazione = cibo assimilato cibo ingerito 100 L efficienza di assimilazione nel caso di erbivori e detritivori è compresa tra 30-40%; nel caso dei carnivori è molto alta, ed arriva fino all 80%.

25 Efficienza di assorbimento e di produzione Home range e foraggiamento Perché l efficienza ecologica dei consumatori è bassa? Efficienza di assorbimento = Efficienza di produzione = tasso di assorbimento tasso di assimilazione 100 tasso di produzione tasso di assorbimento 100 I valori di efficienza di produzione dipendono in gran parte dai costi respiratori degli animali, dipendenti dalla mole e dalla temperatura corporea (teoria metabolica). La principale differenza tra gli animali risiede nelle diverse strategie di comportamento e nelle strategie per il mantenimento antitermico; si distinguono gli animali a sangue caldo (omeotermi) dagli animali a sangue freddo (eterotermi).

26 Collegamenti con il libro di testo Capitolo 6 pp , Siti web Metabolismo e temperatura: la teoria metabolica in ecologia ecologicacup.unisalento.it/camclim_teoriametab.aspx Fonti delle immagini Wikipedia (pp. 4, 9, 10, 12, 13, 14, 16); Ed Bierman (p. 6); Graça Gaspar (p. 6); Andrea Costa (p. 5); (p. 17); University of Minnesota (p. 20). Presentazione realizzata con il sistema Beamer 3.07.

Documenti analoghi

Idrosfera. Leonardo Beccarisi. 29 marzo a lezione. 1 a parte. Corso di Ecologia Università degli Studi di Roma Tre

Idrosfera. Leonardo Beccarisi. 29 marzo a lezione. 1 a parte. Corso di Ecologia Università degli Studi di Roma Tre Idrosfera 1 a parte Leonardo Beccarisi Corso di Ecologia Università degli Studi di Roma Tre 29 marzo 2011 22 a lezione Sommario 1 Compartimenti idrici Classificazioni Volumi di acqua nei compartimenti