ECOSISTEMA

Ingegneria Sanitaria-Ambientale Claudio Lubello

Definizione

• L’ecosistema è un insieme interagente di comunità biotiche e ambiente fisico circostante. Si parla di biosfera o ecosfera quando si fa riferimento a tutti gli organismi viventi sulla terra e tutto l’ambiente fisico che con essi interagisce, compresa l’energia solare e la dispersione termica nello spazio.

• Per ambiente abiotico si intende l’insieme delle condizioni climatiche e delle caratteristiche chimiche e fisiche dell’ambiente

Flussi di energia e materia

• L’ecosistema è un sistema aperto che scambia energia e materia con l’esterno.

• All’interno di ciascun ecosistema avvengono trasformazioni energetiche secondo i principi della termodinamica: i vari organismi sono comparti che accumulano e trasformano energia.

• Le trasformazioni sono inoltre soggette alla conservazione della materia: N, C, P, acqua e gli altri elementi di cui sono composti gli organismi ricircolano molte volte da esseri viventi a non viventi e viceversa

Singoli componenti di un ecosistema

• Sostanza inorganiche; • Sostanze organiche;• Fonte di energia; • Produttori;• Macroconsumatori;• Microconsumatori.

Sostanze inorganiche

Sono sostanze abiotiche presenti nei tre diversi stati, solido, liquido e gassoso. Spesso è possibile trovarle disciolte nell’acqua o aggregate al terreno. Si tratta principalmente di C, O2 CO2, NH3, H2O, N, P….

I principali costituenti dell’atmosfera terrestre sono : N2 (78.1%), O2(20.9%), Ar(0.93%) e CO2(0,035%).

(% in volume o moli)

Sostanze organiche

• zuccheri (carboidrati Cn(H2O)n);• proteine (composti azotati costituite da catene di

aminoacidi);• lipidi (sostanza di riserva energetica, costituente di

membrane vegetali ed ormoni);• sostanze umiche (insieme di sostanze presenti nello

strato superficiale del suolo derivate dalla decomposizione di detriti animali e vegetali)

Produttori primari

Organismi vegetali in grado di trasformare le sostanze inorganiche in sostanze organiche tramite la fotosintesi clorofilliana.

Macroconsumatori

Animali che si nutrono di altri organismi: i consumatori primari si nutrono di organismi vegetali, mentre i consumatori secondari e terziari sono animali predatori di altri animali.Dal cibo traggono energia e nutrienti.

Microconsumatori

In maggioranza organismi decompositori (batteri, funghi, muffe, lieviti) che si nutrono di biomasse di organismi morti e degli escreti, producendo sostanze di rifiuto inorganiche molto semplici, riutilizzabili come nutrienti dagli organismi produttori.

Fonti di energia degli ecosistemi

Ogni ecosistema necessita di un continuo flusso energetico. Le più importanti fonti di energia sono:

Produzione primaria

Importo di materiale organico da altri ecosistemi

Calore

Esempio di una ecosistema: lo stagno

(A) componente abiotica, (B)produzione primaria, (C) consumatori, (D) decompositori

Catene alimentari

• Catene di pascolo, che hanno origine dai vegetali, di cui si nutrono gli animali erbivori pascolanti e infine i carnivori.

• Catene di detrito, che hanno origine dagli escrementi animali o da esseri viventi morti i quali vengono degradati dai microrganismi.

Catena Alimentare

Originata dallaEnergia Solareattraverso laProduzionePrimariaverso iConsumatori

Relazioni fra livelli trofici• I livelli di una catena alimentare

solo collegati dall’efficienza di consumo

• La biomassa ad un dato livello trofico richiede che circa 10 volte della sua massa equivalente in cibo venga fornito dal livello trofico inferiore

• Perciò per poter sostenere 1 unità di biomassa al livello di carnivori secondari sono necessari:– 10 unità di carnivori primari– 100 unità di erbivori– 1000 unità di biomassa

vegetale• Piramide Eltoniana

Un esempio di biomagnificazione: il DDT

La concentrazione di DDT negli uccelli può arrivare a 20 ppm, che corrisponde ad una valore di biomagnificazione pari a 10 milioni

Il DDT è più solubile nei tessuti adiposi che nell’acqua: una volta entrato nell’organismo, la quantità espulsa attraverso le vie metaboliche è molto scarsa rispetto a quella che si accumula nel tessuto

Fattori condizionanti crescita e sviluppo

• Legge di Liebig• Legge di Shelford• Adattamento

Legge di Liebig

Ogni organismo per svolgere le sue funzioni vitali di crescita e riproduzione necessita di un certo numero e una certa quantità di sostanze, se tali sostanze sono presenti in quantità vicine ad una soglia minima critica, esse diventano fattori limitanti.

Legge di Shelford

Nota anche come legge della tolleranza: il successo biologico di una popolazione dipende da un complesso di condizioni: qualsiasi condizione si avvicini o superi il limite di tolleranza può compromettere lo sviluppo di un individuo.

Adattamento

La capacità di un organismo di vivere anche in seguito alla variazione dei fattori ambientali tipici del proprio habitat è definito adattamento.

• Adattamento fenotipico, cioè non trasmesso ereditariamente;

• Adattamento genotipico, cioè trasmissibile ereditariamente (comporta modificazione genetiche a livello di DNA e RNA) .

Diversità e abbondanza di specie

• In una comunità naturale, solo poco specie sono in genere abbondanti mentre le specie di minore importanza sono una percentuale elevata (specie rare)

• L’elevato numero di specie rare determina la diversità di specie, definibile in termini di “indice di diversità”

Indici di diversità

IncontaminatoContaminato

Numero di specie

Numero di individui/specie