INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELL ECOLOGIA ECOLOGIA CHE COS È L ECOLOGIA? L ECOLOGIA nasce all interno delle Scienze Naturali. Come tutte tt le scienze an

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1 CORSO SEMINARIALE SU: INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELL ECOLOGIA Franca Sangiorgio Laboratorio di Ecologia DiSTeBA -Università del Salento Tel: Website: Staff-SangiorgioSangiorgio 1

2 INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELL ECOLOGIA ECOLOGIA CHE COS È L ECOLOGIA? L ECOLOGIA nasce all interno delle Scienze Naturali. Come tutte tt le scienze anche l ecologia l ha avuto nel corso della storia uno sviluppo graduale. L ecologia inizia ad essere una disciplina ben distinta intorno al 1900, ma negli ultimi anni questo termine è diventato di uso comune edi accezione sempre più vasta. 2

3 Il termine ecologia è stato coniato nel 1869 dal biologo tedesco Ernst Haeckel in base alle parole greche oikos ( casa, abitazione, habitat ) e logos ( parola, discorso, studio ). Nella sua definizione, Haeckel riprende il concetto di economia della natura esaminato da Charles Darwin nel suo libro L origine Lorigine delle specie (1959) Haeckel scrive (In: Morfologia generale degli organismi, 1969) : L economia Leconomia della natura lo studio delle relazioni totali dell animale sia con il suo ambiente inorganico sia con il suo ambiente organico; comprendenti, soprattutto, le sue relazioni amichevoli e ostili con quegli animali e quelle piante con cui entra in contatto direttamente indirettamente in una parola l ecologia, ossia lo studio di tutte quelle interrelazioni complesse che Darwin ha chiamato condizioni della lotta per l esistenza.. 3 o

4 L ECOLOGIA l ecologia è la scienza che studia abbondanza e distribuzione degli organismi (Andrewartha & Birch, 1954), o meglio, le interazioni che determinano abbondanza e distribuzione degli organismi (Krebs, 1972) l ecologia è la scienza che studia struttura e funzioni dell ecosistema (Odum, 1973) Attualmente, l ecologia si configura, con una accezione antropo-centrica centrica, come la scienza che studia lo stato di salute degli ecosistemi 4

5 OGGETTO DI STUDIO A livello problematico: l INTERAZIONE A livello di unità di studio: l ECOSISTEMA 5

6 VARIABILI DI IMPORTANZA IN ECOLOGIA Poiché le interazioni che si verificano tra organismi, e che determinano quante e quali delle potenzialità degli individui possano effettivamente realizzarsi, costituiscono l oggetto di studio principale dell ecologia, nell analizzare le variabili in gioco di cui l ecologia si occupa un ruolo centrale deve essere dato alla variabilità biologica. 6

7 VARIABILI DI IMPORTANZA IN ECOLOGIA Tuttavia, la realizzazione delle potenzialità biologiche degli organismi dipendono anche dalle caratteristiche abiotiche dell ambiente in cui gli organismi i stessi vivono, che ne influenzano la fisiologia, l energetica ed il comportamento, influenzando così anche le interazioni che ciascun individuo ha con gli altri organismi presenti. Pertanto, le variabili che hanno un ruolo importante in ecologia possono essere distinte in tre gruppi principali, di cui qui analizzeremo essenzialmente il terzo. 7

8 VARIABILI DI IMPORTANZA IN ECOLOGIA Variabili fisiche (e.g. pressione, temperatura ) Variabili chimiche (e.g. sali minerali, ossigeno, anidride carbonica ) Variabili biologiche i 8

9 1 ORGANIZZAZIONE EDE DELLA VARIABILITA BIOLOGICA Specie biologiche Alcune rassegne sulle specie biologiche finora descritte riportano circa specie (Wilson, 1992), delle quali la maggior parte sono rappresentate da insetti. Altre più recenti indicano circa 2 milioni 9

10 Specie biologiche Poichè la maggior parte delle specie sono insetti, che hanno cominciato a diversificarsi 450M di anni fa e che hanno un tempo medio di vita di 10M di anni, si può stimare che la biodiversità esistente rappresenti il 5-10% di tutte le specie che sono apparse sulla terra (May, 1997). Molte specie non sono state ancora scoperte e si può stimare un numero totale di specie compreso tra 3 e 30 milioni, in rapporto ai 10 criteri utilizzati per la stima.

11 2 ORGANIZZAZIONE DELLA VARIABILITA BIOLOGICA Classi di mole corporea Gli individui non sono solo raggruppabili per differenze tassonomiche ma anche per differenze nelle loro dimensioni corporee. 11

12 2 ORGANIZZAZIONE DELLA VARIABILITA BIOLOGICA Classi di mole corporea In natura coesistono organismi molto piccoli come i virus, che vengono misurati in Angstrom (1A= m), e molto grandi, come le balene, che vengono misurate in metri. Il risultato di questo raggruppamento è costituito dalle distribuzioni taglia- abbondanza delle specie (Elton, 1927; May, 1978). Stima della distribuzione del numero di specie in relazione alla taglia corporea

13 2 ORGANIZZAZIONE DELLA VARIABILITA BIOLOGICA Classi di mole corporea Considerare la variabilità in taglia può essere importante quando si vuole avere una descrizione energetica della natura. 13

14 2 ORGANIZZAZIONE DELLA VARIABILITA BIOLOGICA Classi di mole corporea La densità delle popolazioni (D) dipende dalle dimensioni degli individui (M) secondo una relazione inversa. 14

15 2 ORGANIZZAZIONE DELLA VARIABILITA BIOLOGICA Classi di mole corporea Le relazioni tra dimensioni individuali, richieste energetiche degli individui d e disponibilità di risorse chiaramente possono influenzare il modo con cui le specie interagiscono e l intensità di tali interazioni 15

16 2 ORGANIZZAZIONE DELLA VARIABILITA BIOLOGICA Classi di mole corporea Infatti, una delle evidenze comuni in ecologia è quella che le specie che coesistono utilizzando le stesse fonti energetiche (i.e., lo stesso tipo di risorse) differiscono regolarmente nelle loro dimensioni corporee. 16

17 3 ORGANIZZAZIONE DELLA VARIABILITA BIOLOGICA Livelli trofici Un altro modo per esprimere la variabilità biologica è quello di raggruppare gli individui in livelli trofici, in funzione del tipo di risorse che utilizzano, o meglio, del numero di passaggi preda-predatore predatore che li separano dalla fonte primaria di energia. Questa ripartizione degli individui in livelli trofici, permette di 17 descrivere il trasferimento dell energia all interno dei sistemi ecologici.

18 4 Livelli di ORGANIZZAZIONE DELLA VARIABILITA BIOLOGICA di organizzazione biologica La variabilità biologica può essere raggruppata in livelli di organizzazione gerarchica, di cui gene, cellula, organo, organismo comunità, popolazione, costituiscono is i livelli lli più comunemente riconosciuti, i organizzabili in una sorta di spettro biologico ; l interazione con l ambiente fisico, a ciascun livello, produce sistemi funzionali caratteristici. 18

19 4 Livelli di ORGANIZZAZIONE DELLA VARIABILITA BIOLOGICA di organizzazione biologica L Ecologia si occupa principalmente dei livelli di organizzazione che vanno dal livello di organismo a quello di ecosistema. In Ecologia, possono, peraltro, essere riconosciute anche gerarchie nei tassi con cui i processi si realizzano e negli spazi caratteristici per ogni processo, che vengono comunemente definite come le scale spazio-temporali caratteristiche. 19

20 Scale spazio-temporali La scala è la graduazione di uno strumento per misurazione, quale un metro o un orologio Quando gli ecologi studiano organismi o sistemi di piccole dimensioni usano una scala piccola (fine); quando, invece, studiano organismi di grandi dimensioni o grandi aree di habitat, usano una scala grande (grossa) OCEANO LA SCALA DI SPAZIO E DI TEMPO DELLE COMPONENTI SPESSO CORRELATE CALA SP PAZIALE S TONNO ACCIUGA ZOO- PLANCTON FITO- PLANCTON CONIGLI PIANTE EBACEE ALBERI CERVI SCALA TEMPORALE FORESTA20

21 L Ecologia si occupa principalmente dei livelli di organizzazione che vanno dal livello di organismo a quello di ecosistema. L Ecologia come gruppo di sottodiscipline Ecologia fisiologica Ecologia di popolazioni è lo studio del modo in cui i singoli organismi interagiscono con il loro ambiente per svolgere i processi biochimici e per esprimere gli adattamenti comportamentali che assicurano l omeostasi e la sopravvivenza è lo studio del modo e del perché l ammontare e la distribuzione delle popolazioni variano nel corso del tempo 21

22 L Ecologia si occupa principalmente dei livelli di organizzazione che vanno dal livello di organismo a quello di ecosistema. L Ecologia come gruppo di sottodiscipline Ecologia di comunità èlo studio dei pattern edelle interazioni che si osservano nei gruppi, oaggregazioni, g di differenti specie. Le distribuzioni delle specie sono influenzate sia da interazioni biologiche (predazione e competizione) sia da fattori ambientali (temperatura, disponibilità di acqua e nutrienti) Ecologia di ecosistemi è lo studio del flusso di energia e di materia attraverso gli organismi eil loro ambiente 22

23 ESEMPIO Differenti tipi di ecologi pongono differenti domande riguardo a questa scena Ecologo di ecosistemi: in questo bacino idrografico quanto fosforo è immagazzinato nel suolo della foresta, quanto si trasferisce ne corso d acqua ogni anno? Ecologo di comunità: quante specie di piante edi insetti vivono nel terreno boschivo? Ecologo di popolazioni: quali fattori regolano l ammontare della popolazione di trote nel corso d acqua? Ecologo fisiologo: il clima locale è adatto per il ceppo di mais che cresce nei campi? 23

24 TIPI DI APPROCCIO Le problematiche proprie dell Ecologia possono essere avvicinate con tre tipi di approcci complementari ed integrativi: Approccio Strutturale Risponde alla composto? alla domanda Come Approccio Funzionale Come è fatto? Da quali unità è Risponde alla domanda d Come funziona? Come interagiscono i le unità? e, Qual è il prodotto dell interazione? Approccio i Evoluzionistico i i Risponde alla domanda Perché osserviamo questo tipo di struttura e questo tipo di funzionamento e non altri? 24

25 L ECOLOGIA unisce processi fisici e biologici e costituisce un collegamento tra Scienze naturali e Scienze sociali (Odum, 1977) La dicotomia tra mondo naturale e mondo sociale-culturale culturale è un riflesso della percezione antropocentrica del rapporto uomo-natura. L ECOLOGIA èuna scienza interdisciplinare che integra le scienze naturali, sociali, economiche eumanistiche nello studio dell ambiente 25 che ci circonda edel nostro ruolo in esso

26 UOMO E NATURA Tutti gli ambienti si modificano, e gli esseri umani hanno costituito forze importanti che hanno modellato queste modificazioni durante soltanto una piccola frazione della storia della Terra. Però, negli ultimi anni gli effetti dell uomo sugli ecosistemi hanno spesso ss sopraffatto la capacità cità di questi ecosistemi di rispondere alla modificazioni. L abuso dell uomo sulla natura non è una prerogativa dei tempi moderni. Esempio Platone, nel IV secolo a.c., si lamentava che sebbene i Greci fossero stati benedetti con un suolo fertile, ricoperto da abbondanti foreste di esili alberi, non furono in grado di mantenere questo dono. Infatti, dopo che gli alberi furono abbattuti per costruire case e imbarcazioni, forti piogge dilavarono il suolo trasportandolo in mare e lasciarono solo la nuda roccia come scheletro di un corpo devastato dalla malattia 26

27 Condizioni attuali Attualmente le attività umane, che utilizzano circa il 25% di quello che la biosfera produce, rappresentano un serio rischio per la conservazione della variabilità biologica e si sta assistendo ad una progressiva serie di estinzioni locali e globali. La vita media delle specie, basandosi sulla documentazione fossile, è di 5-10 milioni i di anni e nell ultimo secolo, si è avuto un tasso di estinzione nei gruppi più studiati di circa 1 specie per anno 27

28 Condizioni attuali Considerando che tra mammiferi ed uccelli si conoscono circa specie, ciò vuol dire un attesa di vita media di circa anni per specie Stime indipendenti per il prossimo futuro suggeriscono un attesa di vita media per le specie di anni. 28

29 Non equa ripartizione delle risorse Circa un quinto della popolazione mondiale vive nelle venti nazioni più ricche, dove il reddito pro-capite èdi circa dollari annui Divisione Nord/Sud Gli altri quattro quinti della popolazione umana vivono in Paesi poveri. Più di 3.5 miliardi di persone vivono in nazioni dove il 29 reddito pro-capite èinferiore a 750 dollari annui

30 Europa Occidentale, Nord America, Giappone, Corea, Turchia, Australia e Nuova Zelanda costituiscono il 20% della popolazione mondiale ma consuma più della metà delle risorse principali p Gli Stati Uniti per esempio con meno del 5% della popolazione mondiale, consumano circa un quarto delle merci più scambiate Producendo d ogni anno circa 160 miliioni di tonnellate di rifiuti Un consumo dissoluto di risorse crea produzione e accumulo di rifiuti, quindi inquinamento, e logora gli ecosistemi 30

31 SISTEMI ED ECOSISTEMI 31