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1 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 9 MODULO 1 IL MARE COME ECOSISTEMA Mappa del modulo GUIDA DOCENTI Argomenti La vita nell ambiente marino: organismi, habitat ed ecosistemi. Catene alimentari e reti trofiche: le relazioni trofiche tra gli organismi marini. Cicli vitali. Obiettivi Comprendere le relazioni fra gli organismi e fra gli organismi e I loro ambienti. Far riflettere gli alunni sul concetto di equilibrio ecologico e sulle relative implicazioni ambientali. Sensibilizzare gli alunni al rispetto dell ambiente marino. Inserti 1. Plancton, necton e benthos 2. Dalle catene alimentari alle reti trofiche 3. I cicli vitali degli organismi Materie Biologia, ecologia, zoologia e botanica marina. Schede didattiche Tipo ipologia Titolo Attività S - Sondaggio 1. Un mare di vita Sondaggio in classe. R - Ricerca 2. Gli ambienti marini 3. Gli ambienti marini 4. Gli ambienti marini 5. Gli ambienti marini 8. Occhio alla bocca! 11. L identikit Visita ad un Acquario. E Esperienza/elaborazione 6. Dove vivono? 7. Le quattro carte 9. Una catena tira l altra 10. Catene o reti? 12. La vita è un girotondo V - Verifica 13. Disegna un ecosistema 14. Costruisci la tua rete! Verifica in classe. 15. Inventa una storia Concetti base per comprendere i temi della Campagna Mr.Goodfish Organismi e ambienti marini: gli ingredienti degli equilibri ecologici.

2 Percorso didattico Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 10 Per poter sviluppare il progetto educativo Scegli il pesce giusto, riteniamo importante iniziare con la comprensione del concetto di ecosistema ecosistema, che può essere descritto come l insieme di tutti gli esseri viventi che si trovano in un determinato ambiente fisico-chimico e le relazioni reciproche che intercorrono sia tra di essi che tra essi e il loro ambiente. Ogni ecosistema, inoltre, ha la capacità di mantenersi in equilibrio dinamico nel tempo attraverso il continuo scambio di materia e di energia. E proprio attraverso la conoscenza di questi aspetti che si costruiscono le basi per trattare e comprendere i temi dei moduli successivi, dedicati allo sfruttamento della risorse ittiche ed ai relativi effetti sull ecosistema marino. Per parlare di ecosistema riteniamo, però, opportuno introdurre il concetto di adattamento. In un organismo ogni struttura e comportamento assolvono ad un preciso compito e sono stati modellati dai processi evolutivi per rispondere nel modo più efficace alle sollecitazioni ambientali. Difficilmente possiamo immaginare una tranquilla sopravvivenza per una vongola, per esempio, in aperto oceano, oppure per un pesce spada tra le pozze di scogliera. Ogni organo di ciascun essere vivente rappresenta, quindi, una precisa ed efficace soluzione adattativa per assolvere alle diverse funzioni vitali quali, per esempio, il movimento, l alimentazione e la riproduzione. Sono proprio questi gli aspetti oggetto dello studio sull ecosistema mare di questo primo modulo, indipendentemente dai riferimenti correlati alla classificazione sistematica dei diversi organismi. Più precisamente, in questo modulo vengono affrontati i seguenti argomenti: - organismi marini e loro ambienti; - catene e reti trofiche; - cicli vitali degli organismi. Certamente un limite di questo lavoro è rappresentato dalla complessità di astrazione richiesta, in qualche modo derivata dalla difficoltà che si incontra nello studiare gli organismi e gli ecosistemi marini in situ. Per questo motivo suggeriamo lo svolgimento di alcune attività di questo modulo (in particolare le schede R ed E ) avvalendosi delle rappresentazioni in vasche artificiali presso un Acquario, per l osservazione degli organismi e dei loro ambienti di vita, tenendo in debita considerazione il limite concettuale che la modellizzazione delle vasche comporta, non solo per i ragazzi, ma anche per gli adulti. La visita di un grande Acquario pubblico presenta, inoltre, il vantaggio di stimolare, sviluppare e verificare le capacità di osservazione e deduzione dei ragazzi. Il lavoro ha inizio con la scheda S 1, 1 che propone alcune domande di carattere generale per ottenere un quadro complessivo delle conoscenze pregresse e sugli immaginari che gli studenti hanno relativamente all ambiente marino e agli organismi che lo abitano. Al tema organismi marini e loro ambienti sono dedicate in particolare le schede R R e E Al fine di trarre alcuni spunti per impostare il lavoro su questo argomento,

3 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 11 si suggerisce la lettura dell inserto 1 dedicato alle grandi categorie di animali marini (plancton, necton e benthos) e agli ambienti principali (pelagico e bentonico). Le schede R hanno lo scopo di aiutare gli allievi a sviluppare in modo diretto, attraverso l osservazione e la ricerca, le relazioni tra le caratteristiche fisiche dei diversi ambienti marini e la forma, i movimenti e il colore degli animali che li popolano. Vengono considerati i principali ambienti del Mar Mediterraneo: pelagico e bentonico (costiero roccioso, costiero sabbioso e le praterie di posidonia). Si richiede pertanto agli studenti di osservare tutte le componenti presenti in un ambiente e di prestare particolare attenzione alla collocazione precisa dei diversi animali e vegetali, o degli altri componenti dell ambiente oggetto di studio. Le schede E 6-76 propongono la rielaborazione ed un approfondimento di quanto appreso nella scheda 2. L esperienza suggerita orienta l attenzione degli studenti sulle forme dei vari organismi utilizzate per lo spostamento, con lo scopo di indurli a formulare delle ipotesi sul tipo di movimento adottato e, conseguentemente, sull ambiente di vita dei diversi animali. La scheda V 13 permette, una volta tornati in aula, attraverso la visualizzazione grafica dei vari ecosistemi (e delle loro componenti relative), la verifica della capacità di apprendimento, della memoria e il livello di astrazione degli allievi. Agli alunni viene inoltre richiesto di ipotizzare il ruolo che ogni elemento assume in un determinato contesto, testando in questo modo anche la loro capacità di deduzione. Naturalmente, per completezza, vi invitiamo ad assegnare la ricostruzione di tutti i tipi di ambiente osservati e di stimolare infine il confronto fra gli elaborati e il dibattito fra gli studenti. Prendiamo ora in considerazione il tema catene e reti trofiche, al quale è dedicato l inserto 2. Questo argomento ci consente il passaggio dallo studio delle relazioni degli organismi con il loro ambiente a quello delle relazioni reciproche tra gli organismi stessi, dal punto di vista trofico. L apprendimento di questi concetti correlati all ambiente di vita è importante e basilare per poter affrontare il modulo dedicato alle tecniche di pesca nei diversi ambienti e, dunque, comprendere come e dove vengono prelevate le risorse ittiche che giungono sulle nostre tavole. Partendo dagli ambienti di vita degli organismi si può anche accennare al concetto di biodiversità, tenuto conto che, in linea di massima, tanto minore è il grado di biodiversità di un ambiente tanto più quell ambiente si trova in cattivo stato di salute. Infatti, la tendenza degli ambienti ad ospitare un numero sempre minore di specie a causa dell introduzione di elementi inquinanti o di azioni negative da parte dell uomo, va interpretata come un fenomeno di degrado ambientale. A tal fine viene in primo luogo affrontato, nella scheda R 8, 8 il tema dell alimentazione. In questa scheda, come nelle precedenti, si chiede all alunno di focalizzare l attenzione sugli organismi nelle vasche, ed in particolar modo sulla forma della bocca degli animali.

4 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 12 Lo scopo di questo primo lavoro è, evidentemente, quello di far cogliere ai ragazzi le differenze tra i vari apparati boccali e far emergere alcuni aspetti più specifici di queste strutture. Nelle schede E 9-10 si invita l alunno ad elaborare quanto appreso, per costruire alcune semplici catene alimentari e reti trofiche. La prima parte della scheda si concentra su alcune catene alimentari che gli alunni dovranno completare con gli anelli mancanti, mentre la seconda parte lascia liberi gli allievi di scegliere un animale (che verrà collocato al centro) e di creare intorno a questo la rete alimentare di pertinenza. Gli alunni vengono dunque portati per gradi ad elaborare il concetto di rete trofica, attraverso l analisi critica dei rapporti reciproci fra gli organismi. Naturalmente, non è detto che lo studente individui correttamente gli elementi della catena alimentare e/o della rete trofica: si tratterà, dunque, di discutere gli errori e di trarre le giuste conclusioni. In questo senso potrebbe certamente risultare interessante suscitare un dibattito in aula, in cui ogni allievo motivi le proprie risposte, per giungere alle giuste conclusioni evidenziando i diversi punti di vista degli alunni: spesso, nonostante la scelta comune di un animale da parte di più allievi, risultano diversi gli elementi della rete chiamati in causa da ciascuno. Infine, nella scheda T 14, chiediamo agli allievi di costruire alcune reti trofiche di ambienti costieri (rocciosi, sabbiosi, praterie di posidonia ad esempio) e pelagici (suddivisi fra i vari alunni), rendendo così possibile il collegamento con lo studio dei diversi ambienti marini. Seguirà quindi un confronto a squadre per tipologia di ambiente, in cui gli alunni di ogni squadra realizzeranno, a partire da ogni elaborato, una rappresentazione grafica che illustri nel modo più completo possibile le relazioni trofiche tra gli organismi dell ambiente scelto. L ultimo argomento di questo modulo è dedicato ai cicli vitali degli organismi. Riteniamo tale argomento di particolare importanza poiché è proprio il successo riproduttivo ad assicurare la sopravvivenza di ogni specie e dunque a mantenere vitali e in equilibrio gli ecosistemi. Lo studio delle reti trofiche ci fa comprendere come ogni elemento abbia il suo preciso ruolo, creando un complesso sistema di relazioni con gli altri. L assimilazione di questo concetto è di fondamentale importanza per affrontare temi quali la pesca e l acquacoltura e per poter comprenderne pienamente le ripercussioni sull ecosistema mare. Bisogna premettere che questo tema è assai complesso e ci limiteremo ad affrontarlo trasversalmente, per comprenderne gli aspetti legati a stagionalità, ambienti, migrazioni, raggiungimento dell età adulta e durata di vita. All argomento è dedicato l inserto 3, 3 in cui, oltre ad una panoramica generale sul tema della riproduzione, vengono presentati alcuni esempi di cicli vitali. In particolar modo vengono presentati i cicli vitali degli organismi di una catena alimentare pelagica, per ricollegarsi all inserto 1 (l insegnante può naturalmente approfondire il discorso anche su altri organismi). Ciò permette di evidenziare quanto siano intimamente legati fra loro i vari livelli trofici e come, nelle varie fasi dei cicli vitali, alcuni

5 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 13 organismi appartengano a diversi livelli trofici. Le schede R 11 e E 12, affrontano in primo luogo il tema della riproduzione come una sorta di gioco: attraverso degli indizi legati ad aspetti riproduttivi, gli alunni devono scoprire alcuni organismi. Questo lavoro stimola la capacità di osservazione e curiosità e consente la comprensione degli argomenti di base sulla riproduzione (dimorfismo sessuale, fecondazione esterna e interna ecc), per poi affrontare il concetto di ciclo vitale. L intento di queste ultime due schede è quello di far riflettere gli alunni sui differenti tempi biologici ci degli organismi, tempi che, in un contesto di sfruttamento delle risorse ittiche (affrontato nei prossimi moduli), devono essere necessariamente tenuti in grande considerazione. sempre più in grado di trasferire ad altri contesti. Ormai dovrebbe risultare chiaro come ambiente di vita, alimentazione e riproduzione siano strettamente correlati ed imprescindibili per l esistenza di ogni animale. Lo studio dell ecosistema porta, dunque, alla consapevolezza che in esso ogni elemento ha un ruolo ben determinato e che ciascun organismo è strettamente legato alle altre componenti. Così facendo vengono anche poste le basi per il lavoro oggetto di approfondimenti nei successivi moduli, considerando un ulteriore e fondamentale elemento che interagisce con l ambiente: l Uomo. A conclusione dell argomento si suggerisce l attività di verifica proposta nella scheda V 15 nella quale si richiede di scrivere un racconto di un organismo a scelta, che prenda spunto da quanto fino a qui appreso e che dia, allo stesso tempo, sfogo alla fantasia di ciascun studente. Questo lavoro può dunque aiutarci a ragionare in modo sistemico, cioè rilevando e mettendo in relazione le componenti di un ambiente, senza necessariamente conoscerne il nome ed il cognome, ma sapendo considerare ogni organismo sulla base della funzione e del ruolo ecologico che esso svolge nel sistema. In tal modo, l allievo individua l equilibrio dinamico dell ecosistema, formulando ipotesi che sarà

6 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 14 INSERTO 1 PLANCTON, NECTON E BENTHOS In mare si riconoscono due grandi domini: quello bentonico, rappresentato da tutti i fondi marini, e quello pelagico, comprendente la massa d acqua sovrastante. Gli organismi bentonici possono essere classificati in base alle capacità di movimento e al tipo di rapporto con il fondo. Il complesso di organismi che vive all interno del substrato viene definito endofauna (se riferito a specie animali) o endoflora (se riferito a specie vegetali). Le specie che vivono sulla superficie del substrato costituiscono l epifauna e l epiflora. L epifauna viene ancora divisa in sessile se vive fissa sul fondo, sedentaria se è dotata di scarse capacità di movimento, vagile se si sposta strisciando o per mezzo di appendici. Gli organismi pelagici vengono a loro volta suddivisi in necton, comprendente le specie in grado di spostarsi attivamente, e plancton, termine che raggruppa tutte le specie trasportate passivamente dalle correnti perché dotate di scarse o nulle capacità natatorie. Il necton è composto per la maggior parte da quegli animali che hanno sviluppato particolari adattamenti per il nuoto, più o meno veloce a seconda che si tratti di specie che vivono in mare aperto o in prossimità del fondo. La ricciola, è un pesce pelagico, ha una forma idrodinamica, priva di scabrosità. La sua pinna caudale è collegata al corpo da un robusto peduncolo che permette manovre rapide e scattanti. Un pesce dalla forma affusolata come l acciuga, che usa per i propri spostamenti principalmente la pinna caudale, può essere adatto ad un ambiente spazioso, che consente rapidi e ampi movimenti, come è il mare aperto. Le soluzioni adottate dai diversi gruppi di organismi sono in alcuni casi così simili che animali filogeneticamente molto distanti tra loro tendono a presentare caratteristiche morfologiche analoghe (convergenza adattativa). La pinna dorsale di squali e delfini è un chiaro esempio di convergenza adattativa.

7 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 15 Il plancton è costituito da organismi vegetali (fitoplancton) e animali (zooplancton). Nel plancton troviamo specie allo stadio di uovo, larva o adulto, le cui dimensioni possono variare da meno di un millesimo di millimetro fino a oltre un metro. Gli animali dello zooplancton possono condurre vita pelagica per tutta la loro esistenza, oppure solo per una parte di questa; per esempio, una specie può essere planctonica durante lo stadio di uovo e di larva o di individuo giovanile, e divenire nectonica da adulta (es. acciuga). Uno dei principali problemi che deve essere affrontato dagli organismi planctonici è quello relativo al galleggiamento. Le soluzioni adottate sono diverse: la riduzione del peso specifico, ottenuta grazie ad un elevata quantità d acqua nei tessuti o con la presenza di gocce oleose o gas; appendici espanse che hanno lo scopo di rallentare l affondamento; movimenti natatori atti a mantenere l assetto idrostatico. il risparmio energetico (scendendo in acque più fredde lo zooplancton consuma meno energie); l allontanamento dai raggi ultravioletti; lo spostamento in acque superficiali diverse da quelle originarie (le acque profonde hanno velocità e direzione diverse rispetto alle correnti superficiali). Mentre il dominio pelagico è caratterizzato da una certa omogeneità, quello bentonico presenta una notevole varietà di aspetti in funzione del tipo di substrato. Si distinguono tre principali tipi di fondali: - mobili - rocciosi Sono definiti fondali mobili tutti i fondali costituiti da sedimenti non consolidati. Gli organismi bentonici che vi abitano sono fortemente condizionati e adattati all instabilità del substrato e alla possibilità di infossarvisi dentro. I popolamenti di questi ambienti variano con il variare di diversi fattori tra cui la profondità, la granulometria, i tassi di sedimentazione, l idrodinamismo e la stabilità dei parametri fisico-chimici. Tipici abitanti di tali fondali in generale sono i pesci bentonici tipicamente piatti (rombi, sogliole, razze, trigoni), stelle marine, ofiure, cerianti, molluschi bivalvi e gasteropodi, vermi marini e gamberetti. Alcuni organismi planctonici, sia animali che vegetali, sono caratterizzati da particolari appendici espanse in grado di contrastare l affondamento nella colonna d acqua. Tra i principali fattori che provocano questi spostamenti ricordiamo: la necessità di sfuggire a quei predatori che utilizzano la vista durante la caccia; La forma piatta e la colorazione del rombo richiamano fortemente l aspetto del fondale sabbioso; il particolare tipo di mimetismo del rombo suggerisce come questo sia un animale che tende a muoversi pochissimo.

8 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 16 Questi fondali, in prossimità della costa e fino a dove penetra luce a sufficienza per i vegetali, sono spesso caratterizzati dalla presenza delle praterie di fanerogame marine che, grazie ai loro apparati radicali, sono in grado di ancorarsi al fondale incoerente (differentemente dalle alghe). Ne sono un esempio le praterie di fanerogame marine costituite da Posidonia oceanica che formano un vero e proprio ecosistema, che discuteremo qui di seguito. Le praterie di Posidonia oceanica costituiscono un ecosistema molto ben caratterizzato e uno degli ambienti più produttivi ed estesi della fascia costiera del Mar Mediterraneo. La Posidonia oceanica, è bene precisare, non è un alga, ma una pianta superiore, dotata di radici, fusto (rizoma), foglie, fiori e frutti (chiamati olive di mare). Vive fino a m di profondità e il progenitore di questa pianta viveva sulla terra emersa. Le caratteristiche proprie della posidonia, la sua dinamica di crescita e la grande quantità di biomassa prodotta, rappresentano dei fattori in grado di ospitare delle comunità animali e vegetali molto diversificate. Si osservano comunità epifite di alghe e briozoi che colonizzano la superficie fogliare e i rizomi della pianta, e comunità di animali bentonici sessili, tra cui spugne, vermi marini, molluschi bivalvi, e vagili, come crostacei, stelle marine, oloturie, ricci di mare, molluschi gasteropodi e molti pesci tra cui sparidi, labridi e signatidi (pesci ago e cavallucci marini). Il cavalluccio marino ha assunto nel corso della sua evoluzione una posizione verticale con conseguente scomparsa delle pinne ventrali e caudale a favore di una coda prensile, che usa per avvinghiarsi ai fasci fogliari della posidonia. Si muove in avanti grazie alle rapide vibrazioni della pinna dorsale, mentre la vibrazione delle pettorali e i movimenti della coda servono per gli spostamenti verticali. Le praterie di posidonia vengono inoltre utilizzate come aree di deposizione e nursery (accrescimento delle forme giovanili) dalle specie che la abitano o la frequentano. Si può dire che il ruolo ecologico della posidonia è paragonabile a quello dei boschi e delle foreste sulla terra ferma. I fondali rocciosi al contrario di quelli mobili, sono consolidati. Gli organismi bentonici che li popolano sono condizionati dalla natura mineralogica e dalla presenza di nicchie e anfratti in cui nascondersi. Anche in questo caso i popolamenti variano con la profondità, l idrodinamismo, la sedimentazione ed i parametri fisico-chimici dell ambiente. Le comunità che si sviluppano sui fondi duri sono, a differenza di quelle dei fondali mobili, estremamente più complesse, in ragione dei differenti microclimi che si vengono a creare in uno spazio anche molto ridotto (ad esempio nei lati opposti di uno stesso scoglio).

9 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 17 In generale questi ambienti sono dominati da alghe, animali sessili ed incrostanti come coralli, anemoni, spugne, molluschi bivalvi e gasteropodi, vermi, ricci di mare, granchi, aragoste, gamberetti, a cui si aggiungono pesci bentonici come cernie, castagnole, scorfani, ghiozzi, bavose. In particolare, all aumentare della profondità, e dunque con il diminuire della radiazione luminosa, diminuiscono i popolamenti algali a favore di quelli animali. Bisogna infine precisare che struttura e funzionamento delle comunità bentoniche in generale non sono ovviamente legate ai soli parametri ambientali, ma anche a interazioni biologiche fra gli organismi stessi. Pertanto la distribuzione degli organismi è legata ad una complessa rete di relazioni, il cui equilibrio costituisce il fulcro del funzionamento degli ecosistemi nel loro complesso. Un crostaceo bentonico come il granchio possiede una serie di zampe articolate e a forma di artiglio; questi organi, così conformati, sono adatti per spostarsi camminando sul fondale. Nei pesci di scogliera, come la castagnola, la forma del corpo tende ad una morfologia generalmente ovale od ellittica. La pinna caudale ben sviluppata, con raggi morbidi, consente una spinta elastica e modulabile; le pinne dorsali e laterali, generalmente molto sviluppate (mentre le laterali sono ridotte nei grandi nuotatori), permettono di compiere manovre precise, per infilarsi in anguste spaccature e, in caso di fuga, a zigzagare fra le rocce del fondo.

10 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 18 INSERTO 2 DALLE CATENE ALIMENTARI ALLE RETI TROFICHE Tutti gli organismi hanno bisogno di energia e materia per vivere. Gli organismi autotrofi sono in grado di utilizzare energia luminosa o energia chimica di particolari composti inorganici e trasformarla sotto forma di nuovi legami chimici: essi trasformano, quindi, molecole semplici e poco energetiche in molecole complesse. Animali, funghi e quasi tutti i batteri, invece, sono eterotrofi. Essi devono assimilare complessi già di per sé energetici (zuccheri, proteine, lipidi, ecc.). Gli organismi autotrofi vengono pertanto detti produttori, mentre gli eterotrofi sono i consumatori. In una comunità, energia e materia vengono trasferite dai produttori ai vari livelli di consumatori. Si costituisce così una catena alimentare, composta da differenti livelli trofici (produttori, erbivori, carnivori di diverso ordine). Negli ecosistemi, un ruolo fondamentale viene svolto dagli organismi decompositori e detritivori. I decompositori sono funghi e batteri, che attaccano la materia organica morta o inerte e la degradano completamente, sfruttandone attraverso vari passaggi l energia residua. Questo processo è molto lento, soprattutto per quelle sostanze resistenti e difficili da digerire come lignina, cellulosa, scheletri di animali, ecc. Per questo è determinante l azione dei detritivori, animali che si nutrono della sostanza organica morta, rendendola più facilmente accessibile all azione dei decompositori. I detritivori, però, sono privi degli enzimi necessari per digerire le sostanze resistenti: il detrito, per loro, ha scarso valore nutritivo e la maggiore fonte di energia deriva da funghi e batteri che vengono ingeriti insieme al detrito stesso. I detritivori dipendono dagli apporti indiretti di sostanze nutrienti provenienti dal sistema alla cui base si trovano i produttori primari. Decompositori e detritivori hanno a loro volta dei predatori carnivori. In una comunità avremo perciò due sistemi: il sistema dei pascolatori ed il sistema dei decompositori, collegati tra loro. Alla fine di ogni ciclo la sostanza organica viene sempre ridotta in molecole inorganiche semplici (acqua, anidride carbonica, sali minerali), cioè rimineralizzata. Nella successione da un livello all altro, aumenta la mole, ma diminuisce il numero degli individui delle diverse specie. Quantitativamente, per esempio, ci sono più acciughe che tonni ed è importante tener presente che l abbondanza di una specie è determinante per la sopravvivenza di altre, anche se molto distanti nella rete trofica. L energia ha, invece, un destino diverso: mentre la materia viene riciclata tornando ai produttori in forma inorganica, l energia viene gradualmente dissipata (per lo svolgimento delle funzioni vitali quali respirazione, riproduzione, produzione di calore, ecc.) e diminuisce ad ogni passaggio, risultando alla fine completamente dispersa.

11 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 19 Esistono, pertanto, un ciclo della materia, e un flusso dell energia (piramide energetica). Alcune proprietà fisiche dell acqua influiscono in misura determinante sulla struttura trofica marina: l acqua assorbe la luce facendone diminuire l intensità all aumentare della profondità. Poiché i vegetali hanno bisogno di una certa intensità luminosa per compiere la fotosintesi, essi possono vivere solo negli strati più superficiali del mare. Nelle acque limpide dei mari tropicali, la profondità massima per la fotosintesi è intorno a 120/130 metri, ma può ridursi a pochi metri nelle acque torbide costiere. Questa profondità delimita lo strato eufotico, al di sotto del quale c è ancora luce sufficiente per vedere, ma non per fotosintetizzare: lo strato disfotico, che arriva a 500/800 metri. Infine, troviamo lo strato afotico, perennemente buio. Lo strato eufotico delle zone costiere, dove crescono alghe e piante bentoniche (ancorate sul fondo), costituisce un esigua percentuale se rapportato al volume totale degli oceani. La produzione primaria in mare è affidata, quindi, essenzialmente alle alghe unicellulari che vivono sospese nella colonna d acqua, cioè al fitoplancton, che produce più del 90% della sostanza organica totale. Schema sintetico di una catena trofica e piramide energetica. Laurent AUDOUIN squalo tonno sgombro acciuga zooplancton fitoplancton

12 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 20 In generale possiamo dire che le catene alimentari marine hanno più livelli trofici che separano i produttori dai grandi predatori, rispetto a quello che si verifica sulla terraferma; i produttori primari marini (le alghe unicellulari planctoniche) hanno, infatti, dimensioni decisamente inferiori rispetto a quelli terrestri, dando opportunità di nutrimento a una grande quantità di organismi, sia erbivori che carnivori, anch essi di dimensioni molto ridotte. La quantità di energia disponibile per i grandi predatori è quindi estremamente ridotta a causa dell elevato numero di livelli intermedi attraversati prima di giungere al vertice della piramide. I Cetacei Misticeti (le balene) e non solo, per contro, filtrano enormi quantità di zooplancton, riducendo drasticamente il numero di passaggi nell ambito della catena alimentare; essi possono così ottimizzare al massimo il trasferimento di energia dai produttori fino al vertice della struttura trofica. Gli organismi planctonici vengono trasportati dalle correnti marine e sono presenti nella colonna d acqua in concentrazioni variabili, a seconda della stagione, del clima e della disponibilità di nutrienti. Alcuni componenti dello zooplancton sono in grado di compiere migrazioni verticali di alcune centinai di metri, andando in acque profonde durante il giorno e risalendo durante la notte (migrazione nictemerali). Questo dà, tra l altro, opportunità a grandi quantità di organismi di spostarsi in masse d acqua differenti e distribuirsi in correnti con direzioni e intensità variabili. Il plancton è molto abbondante anche in prossimità delle coste, dove è sfruttato dagli animali sessili; è così che viene garantita la possibilità di sopravvivenza anche per quegli organismi che, vivendo fissi sul substrato, non hanno la possibilità di spostarsi alla ricerca del cibo. Nell analisi di una comunità reale, pertanto, i rapporti trofici risultano ben più complessi rispetto al modello della catena alimentare pura e semplice. Per esempio, molti carnivori marini sono detritivori opportunisti; diversi predatori si cibano sia di erbivori che di detritivori o di altri carnivori; i filtratori, trattenendo indifferentemente batteri, alghe unicellulari, piccoli organismi e particelle di sostanza organica, si collocano potenzialmente in più livelli trofici. Piuttosto che di semplici catene, perciò, è più corretto parlare di reti trofiche, costituite da un complesso sistema di interazioni. In ogni ecosistema si instaura quindi un delicato equilibrio dinamico che interessa tutte le popolazioni collegate dalla rete trofica. Una variazione delle caratteristiche ambientali può portare a sostanziali modificazioni di tutto l ecosistema. Finché le variazioni sono limitate, il sistema riesce ad ammortizzarle, ma oltre un certo limite si possono verificare sconvolgimenti irreversibili. Parlando di reti trofiche, è necessario pertanto considerare il problema derivante dalle attività di pesca, quando implicano il prelievo di individui di una popolazione ittica che supera la capacità di recupero della specie.

13 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 21 Ciò può causare un incremento del numero delle prede naturali della popolazione sovra sfruttata (che tende a scomparire), e contemporaneamente un calo notevole dei suoi predatori. Può anche accadere che i predatori inizino a cibarsi di altre specie, modificando così gli equilibri di tutto l ecosistema. Per non andare incontro a conseguenze irreversibili è necessario che il prelievo di una specie venga regolamentato a priori, determinando taglia minima e quantità degli esemplari che possono essere catturati, senza alterare l equilibrio dei sistemi naturali. Conseguentemente devono essere istituite adeguate misure di tutela, dando fondamentale rilevanza ai controlli per il rispetto di tali norme. Approfondiremo meglio questi aspetti nei Moduli successivi dedicati alla "risorsa mare".

14 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 22 INSERTO 3 I I CICLI VITALI DEGLI ORGANISMI Una delle caratteristiche fondamentali degli organismi viventi è la loro capacità di aumentare numericamente, ovvero di riprodursi. Questa caratteristica è presente con modelli diversi a seconda dei gruppi (o categorie sistematiche), modelli che si sono perfezionati in milioni di anni di selezione naturale, con la finalità di garantire alla specie il miglior successo. In questa sede affronteremo più in dettaglio le strategie riproduttive del regno animale mentre faremo solo alcuni a accenni a quelle adottate dai vegetali. Le strategie riproduttive del regno animale possono esser raggruppate in 2 grandi categorie: riproduzione sessuata (gamica) e riproduzione asessuata (agamica). La riproduzione sessuata è quella in cui il nuovo organismo è generato da cellule dette gameti (uova e spermatozoi), sia attraverso la fusione fra i gameti maschili e femminili (riproduzione anfigonica), sia a partire dalle sole uova (riproduzione partenogenetica). La riproduzione sessuata anfigonica si avvale dei vantaggi offerti dal rimescolamento del patrimonio genetico dei genitori, con il risultato di mantenere alta la variabilità genetica del nuovo nato; ciò rappresenta generalmente un vantaggio per la conservazione della specie stessa in quanto ne assicura una maggiore probabilità di sopravvivenza. Talvolta, però, la grande variabilità genetica non appare così vantaggiosa per determinate condizioni ambientali che possono risultare particolarmente severe. Per alcuni organismi ricorrono alla riproduzione partenogenetica. Questa strategia genera, infatti, individui con un patrimonio genetico meno vario (solo quello della madre ), ma particolarmente adatto a tali condizioni ambientali difficili e molto selettive. Questa strategia viene adottata, per esempio, in alternanza alla riproduzione anfigonica da alcuni Crostacei planctonici. Discorso diverso è, invece, quello delle specie che si riproducono per via asessuata, cioè senza la produzione di gameti. Questo tipo di riproduzione si avvale della capacità di alcuni organismi di generarne un altro a partire da una porzione del loro corpo; può essere sia accidentale che spontanea e, come nel caso della gemmazione, da un solo individuo ne possono nascere numerosi (come in spugne, coralli e meduse). La riproduzione asessuata è spesso praticata da organismi perfettamente in grado di riprodursi sessualmente. Nella riproduzione sessuata, in funzione delle abitudini di vita delle varie specie, si osservano diverse tipologie di fecondazione, deposizione e sviluppo delle uova e casi di ermafroditismo. Se consideriamo i pesci, per esempio, possiamo dire che, di regola, hanno fecondazione esterna delle uova. Gli squali e le razze, invece, si riproducono per fecondazione interna con vera e propria copula fra i due sessi, così come fanno i Crostacei Decapodi, anche loro dotati di organi copulatori.

15 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 23 Nel caso della fecondazione esterna il successo riproduttivo è affidato alla deposizione di enormi quantità di piccolissime uova (a titolo di esempio un merluzzo può deporne fino a 9 milioni!), al fine di aumentarne la probabilità di fecondazione e di sopravvivenza della generazione filiale. Al contrario, nelle specie che presentano fecondazione interna, o esterna con cure parentali, il numero di uova si riduce gradualmente (e la dimensione si fa più grande) fino ad arrivare, nel caso degli squali vivipari, ad una decina. In questi casi lo sviluppo dell embrione da indiretto indiretto (stadio larvale con successiva metamorfosi) passa a diretto diretto (assenza di stadio larvale e giovani simili agli adulti). Ciò è in ragione della dimensione delle uova e delle conseguenti disponibilità di riserve nutritive (lecitiche) per lo sviluppo dell embrione. Piccole uova, dispongono di ridotte quantità di riserve lecitiche e danno quindi luogo a piccole larve; al contrario, grandi uova assicurano all embrione una maggior quantità di nutrimento e dunque la possibilità di svilupparsi maggiormente dando luogo a piccoli, in alcuni casi, già simili agli adulti. Anche i fenomeni di inversione sessuale (ermafroditismo ermafroditismo) hanno come obbiettivo la realizzazione del miglior successo riproduttivo. Ne sono degli esempi i pesci appartenenti alle famiglie degli sparidi (es. orate), dei serranidi (es. cernie) e dei labridi (es. donzelle). Nei casi di ermafroditismo gli individui nascono di sesso femminile o maschile e solo al raggiungimento di una determinata taglia effettuano l inversione sessuale, diventando rispettivamente maschi o femmine (ermafroditismo proteroginico o proterandrico). In generale, per molte specie esiste una stagione riproduttiva durante la quale si verificano condizioni più favorevoli allo sviluppo delle uova e soprattutto alla sopravvivenza dei nati. Nelle acque marine delle fasce temperate i processi riproduttivi sono regolati dal variare della lunghezza del giorno (fotoperiodo) e correlati alla temperatura. Gli animali nectonici, grazie alla loro capacità di movimento attivo, hanno la possibilità di spostarsi verso gli ambienti più favorevoli alla riproduzione; al contrario, gli organismi bentonici sessili e planctonici, devono attendere l arrivo delle condizioni favorevoli nel loro ambiente. Così, per esempio, molti animali nectonici come i pesci, le seppie, i calamari o alcuni crostacei come la granseola tendono, di norma in primavera, ad avvicinarsi alla costa per riprodursi. Sotto costa, infatti, grazie proprio alla maggiore disponibilità di plancton dovuta alle più elevate concentrazioni di nutrienti, la disponibilità di nutrimento per i giovani nati è maggiore. In prossimità della costa, inoltre, particolarmente in determinate stagioni, le temperature dell acqua sono mediamente più elevate e più rapido è quindi lo sviluppo dei giovani, che pertanto possono raggiungere più rapidamente le dimensioni di maggiori. Questa capacità di spostamento (migrazione migrazione) è particolarmente spiccata nelle specie quali tonni, salmoni, anguille, cefali, spigole e orate, che possono percorrere anche notevoli distanze per raggiungere i siti di riproduzione, in alcuni casi, addirittura spostarsi dal mare nelle acque dolci o viceversa.

16 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 24 Le anguille sono l esempio più tipico di specie catadrome, ovvero che dopo essere nate in mare risalgono nelle acque dolci per la fase di accrescimento e fanno ritorno al mare per riprodursi. Anadrome sono invece quelle specie come il salmone che, al contrario, nascono nelle acque dolci, si accrescono in mare e fanno ritorno alle acque dolci per deporre le uova. Diverse sono le forme di cure parentali adottate. Alcune specie, come i ghiozzi, le bavose, i calamari, i polpi e le seppie depongono e accudiscono delle uova che si fissano alle alghe o al fondale roccioso; in altri casi, come per molti granchi, le uova vengono portate attaccate all addome fino alla schiusa, evitandone in tal modo la dispersione, oppure, nel caso dei Ciclidi, Tordi e altri pesci deposte in nidi o custodite in bocca. Al fine di comprendere meglio il significato di ciclo vitale, riportiamo qui di seguito, a titolo di esempio, alcuni cicli di organismi marini. In particolare riportiamo i cicli di vita degli organismi illustrati nella catena alimentare pelagica discussa nell inserto 2. Gli esempi di strategie riproduttive sono tanti e testimoniano il fatto che non ce n è una vincente, ma che tutte lo sono in un determinato momento del percorso evolutivo delle specie. Questa diversità, in quanto risultato del lungo processo di evoluzione, è dunque anche frutto della continua interazione tra gli organismi ed il loro ambiente di vita. Organismo: diatomea, alga unicellulare planctonica provvista di astuccio siliceo formato da due gusci o teche, di cui quello superiore è più grande e ricopre quello inferiore. Tipo di riproduzione: alternanza di riproduzione sessuata e asessuata. Fecondazione: esterna. Stagione riproduttiva: tutto l anno con picchi primaverili. Ambiente riproduttivo: pelagico. Ciclo vitale: Riproduzione asessuata per divisione trasversale della cellula e successiva ricostituzione della teca più piccola. Progressiva riduzione delle dimensioni delle cellule bloccata dall avvio di una riproduzione sessuata che origina individui della dimensione iniziale, dai quali riprende il ciclo. Duranti i picchi riproduttivi possono riprodursi fino a tre volte al giorno. Durata di vita: settimane. Ruolo ecologico: rappresentano una cospicua parte del fitoplancton. Le molecole organiche prodotte da queste microscopiche alghe sono una delle principali fonti di nutrimento di larve di pesci e dello zooplancton (rappresentano infatti una fonte di cibo importante per gli animali marini

17 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 25 quanto lo sono le piante per gli ambienti terrestri). Organismo: copepode, crostaceo planctonico microspico. Tipo di riproduzione: sessuata. Fecondazione: interna. Sviluppo: indiretto. Stagione riproduttiva: tutto l anno con picchi primaverili. Ambiente riproduttivo: pelagico. Ciclo vitale: fecondazione tramite copula, deposizione delle uova (o loro trasporto in sacchi ovigeri), sviluppo indiretto con susseguirsi di metamorfosi da uno stadio larvale all altro, raggiungimento della forma adulta, accrescimento, raggiungimento della maturità sessuale, riproduzione. Durata di vita: settimane. Età maturità sessuale: da alcuni mesi ad un anno. Ruolo ecologico: rappresentano una cospicua parte dello zooplancton. Costituiscono un importantissima fonte di cibo per gli organismi che si nutrono di zooplancton. Organismo: acciuga, pesce pelagico. Tipo di riproduzione: sessuata. Fecondazione: esterna. Sviluppo: indiretto. Stagione riproduttiva: da aprile a novembre. Ambiente riproduttivo: acque costiere. Ciclo vitale: Fecondazione esterna tramite emissione di uova galleggianti (fino a per femmina). Sviluppo indiretto, larve lunghe circa 2 mm che conducono vita gregaria. La fase larvale termina con la metamorfosi che dà origine a individui simili agli adulti, accrescimento, raggiungimento della maturità sessuale, riproduzione. Durata di vita: Circa 3 anni. Età maturità sessuale: al termine del primo anno di vita (lunghezza 9 cm). Ruolo ecologico: Fra i maggiori rappresentanti del pesce azzurro, costituiscono un importantissima fonte di cibo per molti pesci. Organismo: sgombro, pesce pelagico. Tipo di riproduzione: sessuata. Fecondazione: esterna. Sviluppo: indiretto. Stagione riproduttiva: da fine inverno a primavera. Ambiente riproduttivo: acque costiere. Ciclo vitale: fecondazione esterna tramite emissione di uova galleggianti ( per femmina). Sviluppo indiretto, larve lunghe 4 mm che conducono vita gregaria. A seguito della metamorfosi si ha l accrescimento e il raggiungimento dell età adulta con

18 Kit Educativo Campagna Mr.Goodfish - Modulo 1 - Pagina 26 conseguente maturità sessuale e riproduzione. Durata di vita: circa 15 anni, in relazione alla specie. Età maturità sessuale: al termine del secondo anno di vita (lunghezza 18 cm). Ruolo ecologico: importantissima fonte di cibo per molti grandi predatori. Organismo: tonno, pesci pelagico Tipo di riproduzione: sessuata. Fecondazione: esterna. Sviluppo: indiretto. Stagione riproduttiva: da metà maggio a metà luglio. Ambiente riproduttivo: acque pelagiche. Ciclo vitale: fecondazione esterna tramite emissione di uova galleggianti (10 milioni di uova per femmina). Sviluppo indiretto, larve lunghe 4 mm che conducono vita gregaria. A seguito della metamorfosi si ha l accrescimento e il raggiungimento dell età adulta con conseguente maturità sessuale e riproduzione. Durata di vita: più di 30 anni. Età maturità sessuale: tra i 3 e 4 anni (lunghezza 95 cm). Ruolo ecologico: importante elemento di controllo sull abbondanza pesce Organismo: squalo viviparo, pesce pelagico. Tipo di riproduzione: sessuata. Fecondazione: interna. Sviluppo: diretto. Stagione riproduttiva: dalla tarda primavera all estate. Ambiente riproduttivo: acque pelagiche. Ciclo vitale: fecondazione interna tramite copula, sviluppo diretto nel ventre materno (durata gestazione circa 9-12 mesi). Nascita di circa 80 piccoli simili agli adulti, accrescimento, raggiungimento età riproduttiva, riproduzione. Durata di vita: Da 20 a 40 anni circa a seconda della specie. Età maturità sessuale: tra il quarto e sesto anno di vita (lunghezza 250 cm). Ruolo ecologico: al vertice della rete trofica. E, infine, importante sottolineare che questa analisi vuole far riflettere anche su come i vari livelli trofici siano in stretta relazione anche da un punto di vista riproduttivo. Da quanto illustrato si può dunque intuire la complessità delle modalità, dei tempi e degli ambienti di riproduzione. Ma certo è chiaro come la vita segua un ben determinato ciclo, dalle fasi delicatissime. Dalla fecondazione, alla nascita, allo sviluppo ed accrescimento, al raggiungimento della maturità sessuale e alla riproduzione, è tutto un susseguirsi di fenomeni ed equilibri dalla cui conoscenza non si può prescindere per un corretto e sapiente sfruttamento delle risorse che per l Uomo rappresentano una fonte di cibo.

19 Scheda didattica S 1 UN MARE DI VITA Rispondi alle seguenti domande. Elenca i primi 5 organismi marini che ti vengono in mente e, per ognuno, indica dove vive. Organismo Dove vive? Sapresti dire come si muovono questi organismi? Sapresti dire di che cosa si nutrono? Che differenza c è tra un organismo animale e vegetale?.. Mod. 1

20 Scheda didattica R 2 GLI AMBIENTI MARINI Dopo aver osservato gli organismi delle vasche, guarda il disegno e inserisci quelli che popolano l ambiente rappresentato. Come descriveresti, in breve, l ambiente rappresentato?. Come si muovono gli organismi che vivono in questo ambiente? Sapresti descrivere forma e colorazione di questi organismi?... Mod. 1

21 Scheda didattica R 3 GLI AMBIENTI MARINI Dopo aver osservato gli organismi delle vasche, guarda il disegno e inserisci quelli che popolano l ambiente rappresentato. Come descriveresti, in breve, l ambiente rappresentato?. Come si muovono gli organismi che vivono in questo ambiente? Sapresti descrivere forma e colorazione di questi organismi?... Mod. 1

22 Scheda didattica R 4 GLI AMBIENTI MARINI Dopo aver osservato gli organismi delle vasche, guarda il disegno e inserisci quelli che popolano l ambiente rappresentato. Come descriveresti, in breve, l ambiente rappresentato?. Come si muovono gli organismi che vivono in questo ambiente? Sapresti descrivere forma e colorazione di questi organismi?... Mod. 1

23 Scheda didattica R 5 GLI AMBIENTI MARINI Dopo aver osservato gli organismi delle vasche, guarda il disegno e inserisci quelli che popolano l ambiente rappresentato. Come descriveresti, in breve, l ambiente rappresentato?. Come si muovono gli organismi che vivono in questo ambiente? Sapresti descrivere forma e colorazione di questi organismi?... Mod. 1

24 Scheda didattica E 6 DOVE VIVONO? Per ciascun animale cerchia le parti del corpo che servono al movimento. Prova poi a fare delle ipotesi su come si muove e dove vive. Dove vive?... Come si muove?. Dove vive?... Come si muove?. Dove vive?... Come si muove?. Dove vive?... Come si muove?. Dove vive?... Come si muove?. Dove vive?... Come si muove?. Dove vive?... Come si muove?. Dove vive?... Come si muove?. Dove vive?... Come si muove?. Mod. 1

25 Scheda didattica E 7 LE QUATTRO CARTE Osserva gli organismi e posizionali nella carta giusta. Animali che vengono trasportati dalle correnti (PLANCTON) Animali di mare aperto in grado di spostarsi nella direzione preferita (NECTON) Animali di fondo che si spostano (BENTHOS MOBILE) Animali di fondo che vivono attaccati ad un oggetto o al fondale (BENTHOS FISSO) Mod. 1

26 Scheda didattica R 8 OCCHIO ALLA BOCCA! Osserva i seguenti animali in vasca e disegna la loro bocca. Per ognuno indica che cosa mangia. GAMBERETTO Che cosa mangia?. SQUALO Che cosa mangia?... GRANCHIO Che cosa mangia?. POLPO Che cosa mangia?... TARTARUGA MARINA Che cosa mangia?. RICCIOLA Che cosa mangia?... Mod. 1

27 1 Scheda didattica E 9 UNA CATENA TIRA L ALTRA Dopo aver osservato in quali ambienti vivono gli animali disegnati, inserisci nelle catene gli elementi mancanti, qui elencati fitoplancton zooplancton ricciola lumaca di mare cernia plancton cozza granchio Mod. 1

28 Scheda didattica E 10 CATENE O RETI? Rispondi alle seguenti domande sulla base delle schede precedenti. Che cosa succede se scompare il fitoplancton? Che cosa succede se la popolazione di granchi aumenta enormemente? Che cosa succede se scompaiono i grandi predatori (es. ricciola)? Ora scegli un animale e mettilo al centro dello schema. Collega poi tutte le caselle con delle frecce, specificando chi mangia chi tra le prede e i predatori dell animale al centro. Alla fine ottieni una catena o una rete? Confronta il tuo schema con quelli dei tuoi compagni. Mod. 1

29 Scheda didattica R 11 L IDENTIKIT Cerca nelle vasche e disegna un animale in cui si può distinguere il maschio dalla femmina. MASCHIO FEMMINA che depone le uova. che partorisce. Mod. 1

30 Scheda didattica E 12 LA VITA E UN GIROTONDO Rispondi alle seguenti domande. Perché molti animali marini depongono enormi quantità di uova che lasciano trasportare dalle correnti? Perché altri animali marini danno alla nascita pochi o addirittura un solo piccolo? Posiziona nella corretta sequenza le seguenti fasi della vita. Nascita Crescita Accoppiamento- riproduzione Età adulta Mod. 1

31 Scheda didattica V 13 DISEGNA UN ECOSISTEMA Costruisci, con un disegno, un ecosistema a piacere (di mare aperto, costiero roccioso o sabbioso). Per ogni elemento che inserisci, segna il nome accanto. Ora prova ad individuare che ruolo svolge, nell ecosistema, ciascun cun elemento che hai disegnato. ELEMENTO RUOLO Mod. 1

32 Scheda didattica V 14 COSTRUISCI LA TUA RETE! Prova a costruire una rete alimentare di uno degli ecosistemi studiati. Ecosistema.. Confronta la rete che hai disegnato con quella dei tuoi compagni che hanno scelto lo stesso ambiente Mod. 1

33 Scheda didattica V 15 INVENTA UNA STORIA Ora che hai scoperto molte cose sulla vita degli organismi marini, scegline uno e scrivi un racconto sulla sua vita. Puoi anche illustrarla con dei disegni! Titolo Ora leggi e illustra la tua storia ai tuoi compagni. Mod. 1