Daniele Paganelli

Dipartimento di Scienze della Terra e dell’Ambiente

Università di Pavia

GUIDA NATURALISTICA

La Lomellina, agricoltura e natura come conoscenza

I fattori abiotici

e gli organismi

Temperatura

Acqua – Umidità

Luce

Nutrienti

Ossigeno

pH

I fattori abiotici

2

FATTORI ABIOTICI

PER OGNI ORGANISMO L’AZIONE DEI FATTORI AMBIENTALI SOTTINTENDE RISPOSTE FISIOLOGICHE E ADATTATIVE DIVERSE DIFFICILE GENERALIZZAZIONE

E’ PERO’ CERTO CHE UN NUMERO LIMITATO DI ESSI SVOLGE UN RUOLO FONDAMENTALE UNIVERSALE PER PIANTE E ANIMALI

In ecologia è poco obiettivo parlare di fattori singoli si ha

sempre a che fare con interazioni di diversi fattori

3

I FATTORI ABIOTICI DEVONO ESSERE CONSIDERATI COME:

Sincronizzatori di ritmi endogeni

Induttori diretti o indiretti di ritmi esogeni

I BIORITMI SONO SINCRONIZZATI DALLE VARIAZIONI CICLICHE DELL’ENERGIA RICEVUTA DAGLI ECOSISTEMI:

VARIAZIONI TERMICHE

VARIAZIONI DI ILLUMINAZIONE comportano:

۰Variazioni nella ripartizione spaziale degli organismi ۰Variazione nella attività degli organismi ۰Variazioni nella produttività biologica

secondo periodicita’ giornaliere e stagionali.

4

DIVERSE ATTIVITA’ FISIOLOGICHE IN MOLTE SPECIE HANNO UNA PERIODICITA’ NICTEMERALE

I meccanismi che inducono questi fenomeni sono detti OROLOGI BIOLOGICI (con meccanismo endogeno)

RITMO CIRCADIANO = processo biologico ritmico a controllo endogeno il cui periodo medio è di 24 ore

LUCE = elemento sincronizzatore

5

RITMI CIRCADIANI NELL’UOMO:

ALTERNANZA VEGLIA/SONNO (si basa su un meccanismo

interno poco superiore alle 24 ore)

RITMO DI TEMPERATURA INTERNA

RITMO DI ATTIVITA’ CORTICO-SURRENALE

Si preferisce riservare il termine di NICTEMERALE per i fenomeni biologici che si svolgono seguendo la successione giorno/notte

ES: ritmi nictemerali di umidità, temperatura, pH, di gas disciolti nell’acqua

6

RITMI A PERIODICITA’ ANNUALE NELL’UOMO:

•funzionamento cardiaco

•Composizi\one del sangue (pH, tenore Hb e proteine plasmatiche max in estate)

•Ritmi stagionali di sensibilità alle malattie

•Deriva stagionale nel ritmo circadiano di escrezione dell’H2O e del K

7

FOTOPERIODISMO

Ritmo stagionale di piante ed animali, basato su una valutazione precisa delle variazioni di durata del giorno e della notte durante l’anno. ES: ۰canto degli uccelli sempre all’alba ۰migrazione degli uccelli ۰diapausa negli invertebrati ۰fioritura e caduta delle foglie

Piante LONGIDIURNE fioriscono in primavera

Piante BREVIDIURNE fioriscono in autunno

E’ la lunghezza del periodo senza luce che stimola le reazioni: l’interruzione di notti lunghe con brevi periodi di luce impedisce la fioritura in piante brevidiurne, mentre l’interruzione del giorno con brevi periodi di oscurità non sembra abbia effetto. 8

Valenza ecologica

Fattori limitanti

e

9

AMBIENTE FISICO

Fattori ABIOTICI: gravità, pressione, temperatura, luce, acqua, sostanze inorganiche nel suolo,…

Fattori BIOTICI: organismi viventi, che utilizzano energia per vincere le forze fisiche esterne

SISTEMI ECOLOGICI

FATTORE LIMITANTE

Un fattore ecologico essenziale per la vita svolge un ruolo LIMITANTE quando è assente o è sotto un minimo limite critico, oppure quando eccede il massimo livello tollerabile

10

LEGGE DEL MINIMO (Liebig, 1840)

Lo sviluppo di un organismo è condizionato dal meno abbondante dei fattori essenziali.

Es.: Zn molto raro nel suolo, richiesto in quantità piccolissime, ma indispensabile.

LEGGE DELLA TOLLERANZA (Shelford, 1913)

Un fattore può essere limitante anche quando è presente in eccesso

Es.: eccesso di O2 inibisce la fotosintesi.

11

LEGGE DELLA TOLLERANZA

12

LEGGE DEL MINIMO APPLICATA AGLI STADI DEL CICLO VITALE

I limiti di tolleranza variano al variare degli stadi del ciclo vitale:

LIMITI PIU’ RISTRETTI negli STADI BIOLOGICI PIU’ SENSIBILI (riproduzione, uova, larve, germogli, …)

Sono questi stadi che determinano la presenza/assenza di

una specie in un ambiente

Es.: riproduzione ancora legata ad un ambiente acquatico, per piante (PTERIDOFITE) ed animali (ANFIBI) già terrestri.

13

COROLLARI DELLA LEGGE DELLA TOLLERANZA

1) Gli organismi possono avere un intervallo di tolleranza ampio per alcuni fattori e limitato per altri

2) Se per una specie le condizioni non sono ottimali, per un fattore ecologico, i limiti di tolleranza possono ridursi anche per altri fattori ecologici. Es.: se nel terreno l’N è limitante, si riduce la resistenza delle piante alla siccità

3) INTERAZIONE dei FATTORI: l’intervallo di tolleranza relativo a un fattore può essere influenzato da altri fattori. Es.: alcune piante hanno una < richiesta di Zn quando crescono all’ombra

4) Gli organismi con ampi intervalli di tolleranza per tutti i fattori sono probabilmente quelli più ampiamente diffusi

14

Dal concetto di fattore limitante deriva quello di valenza ecologica, tanto più ampi sono i limiti di tolleranza tanto maggiore è la capacità di una specie di saturare ambienti differenti, cioè di accettare diverse condizioni ecologiche.

EURIECIA – STENOECIA

Specie EURIECIA: ad alta valenza ecologica (intervallo di tolleranza ampio) Specie STENOECIA: a bassa valenza ecologica (intervallo di tolleranza limitato)

15

TEMPERATURA: euriterma – stenoterma ACQUA: stenoidrica – euriidrica SALINITA’: stenoalina - eurialina CIBO: stenofaga – eurifaga CAPACITA’ ESPANSIVA NELLA BIOSFERA: stenotopa – euritopa

Specie UBIQUITARIE (Es. Musca domestica)

Specie STENOECIE possono essere EURITOPE:

Crostaceo Artemia salina negli

ambienti sovrassalati di tutto il mondo

Specie EURIECIE possono essere STENOTOPE:

Es.: Mammiferi con alta valenza ecologica, ma areale di distribuzione limitato (relativamente alla loro mole), es. tundra steppa.

16

VALENZA ECOLOGICA DELLA SPECIE è la somma dei diversi optimum di tolleranza

Si parla di “RAZZE ECOLOGICHE”; nel caso in cui non sia dimostrabile alcuna differenza genetica, è preferibile parlare

“GRUPPI ECOLOGICI” o “GRUPPI FISIOLOGICI”. 17

18

Temperatura nell’aria

19

La T dell’aria diminuisce in funzione dell’altitudine, secondo un gradiente che da 0,4 a 0,7°C per ogni 100 m di altezza.

Oltre che dall’altitudine la T dell’aria è profondamente influenzata: dai rilievi dalla pendenza dall’esposizione della stazione

La T dell’aria è uno di quegli elementi che determinano CLIMA

20

Importanza dei microclimi

21

INFLUENZA DELLA TEMPERATURA SULLA SUCCESSIONE LATIDUNALE E LONGITUDINALE DELLE FITO E ZOOCENOSI

Altri fattori ecologici intervengono a modificare la regolarità delle risposte - umidità

- tipo di substrato

A parità di latitudine assume importanza l’orografia con le

variazioni ad essa legate

A parità di orografia assumono importanza:

- l’esposizione - la vicinanza dei mari - il regime dei venti

A parità di latitudine e orografia assume importanza

(soprattutto per gli organismi vegetali) la roccia madre e il tipo di suolo

il complesso dei monti e delle catene montuose di una regione o di una parte della superficie terrestre.

22

INVERSIONE TERMICA

In estate l’aria a contatto con il suolo si riscalda e risale creando una circolazione d’aria calda e fredda. D’inverno l’aria fredda non più riscaldata dal suolo non riesce a risalire in quota ed in assenza di vento, se l’ambiente è umido forma nebbie e smog.

SUOLO

ESTATE

ARIA FREDDA

IN QUOTA

NEBBIE

E SMOG SUOLO

ARIA CALDA

ARIA FREDDA

INVERNO

23

24

La temperatura di un corpo è il suo stato termico considerato in rapporto alla sua capacità di trasmettere calore ad altri corpi.

E’ il fattore ecologico fondamentale perché: Correlato direttamente con tutti gli altri fattori L’organismo vivente è una macchina termica

I limiti della vita coincidono con un intervallo di temperatura molto ristretto: da -200°C a + 100°C

Ditteri Ephydridae 60°C

Batteri 90°C 25

una temperatura di 50°C è considerata il limite superiore per la vita attiva della maggior parte degli animali e vegetali

- il limite inferiore non scende molto al di sotto degli 0°C per gli organismi vegetali e per gli animali pecilotermi.

Il limite si abbassa per particolari stadi di vita inattiva (spore, cisti, semi, etc.)

Alcune piante legnose e certe larve di insetti sopravvivono a t comprese tra -10°C e -30 con formazione di ghiaccio all’interno dei loro corpi

Es. spore di Rotiferi fino a -273°C 26

Fusione carbone 3500

Fusione platino 1755

Fusione Alluminio 658,7

260 Sopportata dall’uomo se pesantemente vestito

115 Tollerata dall’uomo con la faccia esposta per max 25 min

Ebollizione dell’acqua 100

93 Tollerata dall’uomo per diverse ore (clima secco ventilato)

T di un suolo roccioso di un deserto nord americano 88 88 Presenza di alghe nelle sorgenti calde

T superficiale di un suolo sabbioso desertico (Sudan) 85

T max dell’aria (Etiopia 1922) 58

50 Sopravvivenza di alcune pesci nelle sorgenti calde

46 Morte degli insetti (denaturazione delle proteine)

43 Media delle temperature letali per le scimmie

T max della superficie dei bassi fondi costieri 42

37 Temperatura media dell’uomo

T media superficiale del Mar Rosso 30-35

T media superficiale in prossimità dell’equatore 27,5

22 Temperatura minima per la sopravvivenza dei coralli

16 Limite superiore della zona di equilibrio termico del bestiame

Solidificazione dell’acqua 0

T media della superficie dell’Oceano Antartico -1,33

T minima sul fondo dell’Antartico -1,65

Solidificazione dell’acqua di mare in superficie

(35‰)

-1,87

-62 Limite inferiore osservato per la riproduzione del pinguino

T minima registrata (Siberia, 1892) - 68,5 27

SPECIE EURITERME hanno un ampio intervallo di tolleranza nei

confronti della T

SPECIE STENOTERME hanno un intervallo di tolleranza ristretto;

optimum, maximum e minimum sono molto ravvicinati

temperatura

min Max min Max

attiv

ità (

cre

scita) stenoterme euriterme stenoterme

- organismi microtermi il loro ristretto intervallo di

tolleranza si colloca verso basse temperature

-organismi megatermi stenotermi che necessitano di

temperature costantemente elevate

(microterme) (megaterme)

28

Le specie che seguono una successione latitudinale possono essere raggruppate in ampie categorie con esigenze termiche decrescenti

Specie MEGATERME (tropici ed equatore)

Specie MACROTERME (subtropici fino al Mediterraneo)

Specie MESOTERME (zone temperate calde e medio-calde)

Specie MICROTERME (zone temperate fredde fino zone sub-polari)

Specie ECHISTOTERME (artico e antartico)

Stenoterme

Euriterme 29

I veri fattori termici limitanti sono gli scarti ovvero l’ampiezza termica.

Es. per specie mesoterme una media di 15°C risultante da 10 e 20°C è meglio sopportata rispetto ad una risultante da +35 e -5°C

Temperatura ottimale: T alla quale lo sviluppo e le reazioni metaboliche si svolgono nel migliore dei modi

Temperatura letale: T limite che coincide con la morte dell’organismo (>50% organismi muore)

Temperatura di inattivazione: precede la temperatura letale e ne costituisce una premessa necessaria e sufficiente

0 ecologico la più bassa temperatura esterna alla quale l’organismo può ancora svolgere le sue funzioni vitali

30

stress stress lethal lethal

Range di temperatura ottimale per una specie di acqua calda ed una di acqua fredda

Salmo trutta

0 10 20 30 40

eggs

feeding

growth optimum

growth optimum

stress stress lethal feeding

Cyprinus carpa

temperatura 31

Variazioni delle funzioni metaboliche

Variazioni delle funzioni di sviluppo cicli vitali diversi epoca delle nascite quiescenza e diapausa numero di generazioni

Variazioni delle funzioni di riproduzione tipo di riproduzione agamica anfigonica partenogenetica

cicli sessuali

Variazioni delle reazioni comportamentali

LE VARIAZIONI TERMICHE E GLI

ORGANISMI

32

Esempi di influenza della temperatura sul comportamento degli animali:

a) Tempo di reazione del riflesso all’ombra in Balanus improvisus in

funzione di T

b) Durata della reazione (dilatazione della membrana opercolare) in Betta

splendens sotto lo stimolo con zimbelli di intensità (1) e minore (2), in

funzione della temperatura 33

la temperatura corporea segue con poche differenze quella esterna.

Sono anche detti ectotermi, perché acquisiscono il calore all’ambiente esterno

PECILOTERMIA

Accelerazione dei processi biologici ad alte t esterne

Rallentamento fino all’arresto di ogni funzione a basse t ambientali

SVANTAGGIO: variazioni della velocità dei processi biologici fino a completo arresto dell’attività

VANTAGGIO: sopravvivenza a basse t per periodi anche prolungati con consumi energetici ridotti

34

ETEROTERMIA

usato come sinonimo di pecilotermia, più correttamente dovrebbe riferirsi a quegli animali che regolano la temperatura

corporea a seconda delle situazioni ambientali e dei bisogni metabolici

35

• Incremento del tasso metabolico e migliore isolamento termico

SVANTAGGIO: il mantenimento della t interna costante risulta energeticamente molto dispendioso e richiede, soprattutto a basse t l’ingestione di una grossa quantità di cibo

VANTAGGIO: rende possibile un’attività costantemente elevata sia alle basse, sia alle alte t

OMEOTERMIA La temperatura corporea viene mantenuta elevata e pressoché costante anche

quando varia quella dell’ambiente esterno

Gli omeotermi sono anche detti endotermi, perché producono il calore dall’interno

36

REAZIONI A CONDIZIONI TERMICHE SFAVOREVOLI

MIGRAZIONI

IBERNAZIONE

ESTIVAZIONE

DIAPAUSA (obbligatoria)

QUIESCENZA (transitoria)

Risultati di un’evoluzione specifica caratteristica di organismi che vivono in habitat analoghi

37

REAZIONI A CONDIZIONI TERMICHE SFAVOREVOLI

MIGRAZIONI = spostamenti orientati da una regione ad un’altra con un’andata ed un ritorno

•Tale reazione può essere attuata solo da organismi mobili e non può quindi essere sfruttata dalle piante

• Non sono influenzate solo dalla temperatura, ma soprattutto dal fotoperiodo (h luce/h buio).

•Sono attuate da animali impossibilitati a limitare il loro periodo di vita attiva ad una stagione calda troppo breve 38

IBERNAZIONE

Soluzione per pecilotermi e anche omeotermi, la cui vita attiva non è limitata ad un’unica stagione, che restano sul posto e non hanno la possibilità di trascorrere l’inverno allo stadio di uovo o cisti.

Lo stato di ibernazione è preceduto da:

- fenomeni fisiologici <frequenza cardiaca, < metabolismo, <

temperatura corporea;

- ritiro in rifugi protezione contro i nemici, microclima locale

temperato. 39

Il «LETARGO» degli orsi

Particolare forma di sonno invernale dal quale si risvegliano facilmente. Non vanno in ipotermia estrema ma lasciano che la temperatura corporea diminuisca di pochi gradi. Durante il letargo gli orsi non mangiano ma mantengono un metabolismo quasi normale

40

ESTIVAZIONE

E’ una reazione simile all’ibernazione che si manifesta in animali che vivono in regioni in cui l’estate è particolarmente calda e secca.

E’ preceduta dalle stesse reazioni che accompagnano l’ibernazione: - reazioni fisiologiche - ritiro in rifugi

Resistenza alle alte temperature negli omeotermi Riduzione del metabolismo di base Trasferimento del calore alla periferia del corpo per vasodilatazione periferica Aumento della traspirazione e conseguente perdita di calore per evaporazione dell’acqua Aumento della frequenza di respirazione

41

IBERNAZIONE ED ESTIVAZIONE NEI MAMMIFERI

SOSTANZE

NUTRITIVE

CO2 SANGUE ESSICAZIONE SOSTANZE NUTRITIVE

STIMOLI ORMONALI

ACCUMULO GRASSI

STIMOLI

ESTIVAZIONE ED IBERNAZIONE SONO IL RISULTATO DI UN’EVOLUZIONE CONVERGENTE CHE AVVICINA ORGANISMI FILOGENETICAMENTE LONTANI MA CON ANALOGIE DI HABITAT

42

DIAPAUSA

fase di vita rallentata a carattere obbligatorio caratteristica degli invertebrati e determinata dall’insorgere di condizioni

ecologiche sfavorevoli. E’ necessaria al normale svolgimento del ciclo vitale.

Particolarmente studiata negli insetti dove è preceduta da una complessa preparazione fisiologica: - arresto dei processi mitotici - disidratazione dei tessuti - rallentamento della respirazione - abbassamento del metabolismo energetico - aumento del tenore di lipidi

E’ innescata per via umorale da stimoli ambientali che preannunciano un deterioramento delle condizioni climatiche, in particolare dalla diminuzione del fotoperiodo e può verificarsi allo stadio di uovo, nella larva o nell’adulto. 43

44

SIGNIFICATO ADATTATIVO

- permette la sopravvivenza durante il periodo meno favorevole

- sincronizza il ritorno alla vita attiva + la ripresa dello sviluppo + la ripresa dell’attività sessuale con il ritorno di condizioni termiche e nutrizionali ottimali

Fornisce la sopravvivenza della specie e assicura il tasso di fertilità più elevato possibile 45

QUIESCENZA

stato di riposo transitorio, caratteristico degli invertebrati, imposto dalle condizioni esterne e immediatamente reversibile al ritorno di condizioni ambientali favorevoli.

Es. I bombi possono riprendere la loro attività durante l’inverno in coincidenza di periodo eccezionalmente caldi.

E’ un fenomeno di origine esogena direttamente provocato dalle variazioni termiche dell’ambiente; si contrappone alla diapausa che è solo sincronizzata da queste condizioni

46

Orizzonte A

Orizzonte B

Orizzonte C

Roccia madre

Lettiera 0

Strato A1 = humus Strato A2= lisciviazione-radici

B1 la sostanza organica continua a diminuire ed aumentano i minerali secondari B2

costituito dai sali minerali secondari

substrato pedogenetico di partenza dal quale ha avuto origine lo sviluppo del suolo

47

La temperatura del suolo diminuisce con la profondità ed è funzione della:

Conduttività termica, risultante della conduttività termica dei singoli costituenti

Capacità termica, determinata da:

contenuto in acqua

colore

struttura

48

La temperatura del suolo è anche influenzata da:

Esposizione

Copertura vegetale

Lettiera

Anche nel suolo si stabilisce una zonazione termica

In climi temperati: strati superficiali più caldi in estate e più freddi in inverno

La stratificazione può variare e si possono verificare fenomeni di inversione termica

49

50

La temperatura svolge in questo ambiente il ruolo di fattore biogeografico fondamentale

L’acqua ha un alto calore specifico: richiede una quantità di calore per innalzare la temperatura maggiore rispetto ad ogni altra sostanza esistente sulla terra; analogamente impiega più tempo a raffreddarsi.

Sia nei mari sia nei laghi non esistono temperature troppo alte o troppo basse per l’esplicarsi della vita.

La temperatura acquatica non scende mai al di sotto del punto di congelamento:

- in stagni e piccoli bacini mai al di sotto di 0°C

- negli oceani fino a -2,5°C 51

IN MARE

Negli strati superficiali la temperatura oltre a variare con la latitudine segue ritmi stagionali e cicli diurni

Negli strati profondi è stabile: a 3000 m è di circa 3°C. Gli organismi abissali sono infatti stenotermi.

52

NELLE ACQUE INTERNE

Il rapporto tra densità dell’acqua e temperatura determina qui fenomeni di stratificazione termica

TERMOCLINO strato che separa le acqua superficiali sottoposte più direttamente

alle variazioni termiche stagionali e nictemerali dell’aria, dalla zona più profonda termicamente più stabile

53

REGIME MEROMITTICO

In un lago temperato la variazione verticale della temperatura da luogo:

Stratificazione termica diretta in estate esiste una diminuzione della t

con l’aumento della profondità

Stratificazione termica inversa in inverno gli strati superficiali sono i più

freddi e spesso gelano mentre in profondità si può avere un aumento della t nell’ipolimnio

54

REGIME OLOMITTICO

Periodo di circolazione durante primavera e autunno le differenze di t e densità

tra ipo ed epilimnio si annullano e si ha un rimescolamento di tutta la massa d’acqua.

Conseguenza indiretta delle variazioni di temperatura è anche la formazione di un chemioclinio in seno al mesolimnio che separa masse d’acqua con caratteristiche chimiche (concentrazione di O2) differenti

55

56

E’ il composto più abbondante nella materia vivente ed è il composto più abbondante sulla terra

L’acqua passa continuamente da un comparto all’altro per effetto dei processi di deflusso, evaporazione, condensazione e fusione.

Assieme alla temperatura, l’acqua è il più importante determinante del clima; la disponibilità di acqua influenza fortemente la distribuzione della vegetazione e controlla la produzione primaria

57

Soltanto una minima percentuale della quantità mondiale di acqua è disponibile sotto forma di acqua dolce per gli usi umani 58

L’acqua è il costituente principale dei tessuti animali e vegetali sia in ambiente acquatico sia terrestre:

foglie 75,85%

tronco 50-60%

medusa 95-98%

mammiferi 63-68%

lombrico 84%

insetti adulti 45-65% 59

Il contenuto in acqua dei tessuti animali e vegetali diminuisce con l’età

72,5% 66%

Per gli organismi terrestri i problemi fondamentali sono:

approvvigionamento idrico

la difesa contro le perdite di acqua

La perdita del 1/3 dell’acqua corporea può causare la morte 60

ORGANISMI IDROFILI

ORGANISMI IGROFILI

61

ORGANISMI XEROFILI

ORGANISMI MESOFILI

62

APPROVIGIONAMENTO IDRICO

Gli animali possono rifornirsi di acqua in diversi modi:

1) Per ingestione diretta

2) Assorbendola attraverso la pelle nuda a contatto con materiali

umidi come suolo e piante

3) Direttamente dal cibo

4) Producendola per via chimica (attraverso l’ossidazione dei grassi)

nel corso del ciclo metabolico.

I metodi di rifornimento idrico svolgono un ruolo fondamentale nella

distribuzione geografica degli organismi.

La maggior parte degli animali non è in grado di utilizzare l’acqua

allo stato solido; gli organismi si vengono a trovare in mezzo a

distese di acqua cristallizzata in uno stato di aridità fisiologica

63

REGOLAZIONE TERMICA

Il passaggio dell’acqua dallo stato liquido allo stato gassoso comporta un assorbimento di calore e rappresenta un mezzo per ridurre le temperature locali.

Dato che i tessuti vegetali ed animali hanno un elevato tenore in acqua, la loro capacità termica è molto vicina a quella dell’acqua stessa, ciò costituisce un efficace mezzo di termoregolazione.

Nei mammiferi la regolazione termica avviene in diversi modi a seconda delle possibilità di traspirazione:

specie in grado di traspirare > t ambiente > ritmo cardiaco attivazione circolazione periferica raffreddamento del corpo la frequenza cardiaca può diminuire

specie non in grado di traspirare >t ambiente vasocostrizione periferica riduzione degli scambi con l’atmosfera surriscaldata aumento della frequenza respiratoriaaffanno da caloreaumento degli scambi respiratori

64

DIFESE CONTRO LA DISIDRATAZIONE

Gli accorgimenti messi in atto consistono principalmente in:

1) Evitare perdite d’acqua a livello di:

A - tegumenti

B - organi respiratori

C - organi escretori

2) Sviluppare forme di resistenza in ambienti favorevoli

3) Spostamenti

4) Adattare il proprio metabolismo alla sintesi dell’acqua

5) Prelevare acqua dall’ambiente esterno

65

A – IMPERMEABILITA’ DEI TEGUMENTI

Particolarmente sviluppata in Sauropsidi e Mammiferi; molto meno negli anfibi che hanno tegumenti permeabili

Comparazione del tasso di evaporazione di alcuni Vertebrati di taglia simile, sottomessi alle stesse condizioni di umidità e di temperatura ambientale

Tra gli invertebrati sono soprattutto gli insetti ad avere tegumenti poco permeabili e che hanno sviluppato forme decisamente xerofile 66

B - LOCALIZZAZIONE INTERNA DEGLI ORGANI RESPIRATORI

E’ presente in alcuni Crostacei Decapodi “terrestri” che grazie ad un carapace impermeabile, che copre anche lo spazio branchiale, riescono ad effettuare spostamenti relativamente prolungati lontani dall’acqua. Le branchie funzionano però solo quando totalmente ricoperte dall’acqua.

Solo insetti, aracnidi, alcuni gasteropodi prosobranchi, i polmonati e i vertebrati superiori hanno sviluppato organi respiratori veramente interni.

Periophthalmus Procambarus clarkii

67

C – ADATTAMENTI NEI MECCANISMI DI ESCREZIONE

La capacità di concentrare l’urina per eliminare prodotti catabolici sempre più secchi è un importante mezzo per risparmiare acqua.

Gli organismi animali espellono tali cataboliti sotto varie forme, ma con predominanza di una in particolare: questa dipende dalla specie, dallo stadio vitale e dalle condizioni fisiologiche.

68

ORGANISMI AMMONIOTELICI espellono soprattutto

azoto ammoniacale. E’ il prodotto più solubile, ma altamente tossico per l’organismo stesso e richiede quindi un ambiente idrato. Sviluppato in invertebrati acquatici, Teleostei (=pesci ossei), larve di Anfibi.

69

ORGANISMI UREOTELICI quelli che

eliminano soprattutto urea.

Questa molecola svolge un importante ruolo nell’osmoregolazione. Tipica dei Mammiferi.

70

ORGANISMI URICOTELICI quelli i cui prodotti

terminali sono costituiti da acido urico o dai suoi sali. L’acido urico è il meno solubile e consente il massimo risparmio di acqua. Tale adattamento è diffuso tra i Vertrebati, ma raggiunge la perfezione dei Sauropsidi.

71

DIFESE CONTRO LA DISIDRATAZIONE

Gli accorgimenti messi in atto consistono principalmente in:

1) Evitare perdite d’acqua a livello di:

A - tegumenti

B - organi respiratori

C - organi escretori

2) Sviluppare forme di resistenza in ambienti favorevoli

3) Spostamenti

4) Adattare il proprio metabolismo alla sintesi dell’acqua

5) Prelevare acqua dall’ambiente esterno

72

2) SVILUPPO DI FORME DI RESISTENZA

Reazione comune agli animali che vivono tra i muschi Nematodi,

Tardigradi, Rotiferi e Protozoi le cui possibilità di vita attiva sono legate all’umidificazione dei muschi da parte della pioggia

I Molluschi, in particolare i Polmonati delle regioni secche, si disidratano nella stagione secca e tornano attivi quando le precipitazioni ripristinano l’umidità (estivazione)

73

Altre specie passano la fase annuale di minima umidità con la formazione di uova con guscio impermeabile.

Analogo comportamento si ritrova nelle piante che producono semi, gemmule, tubercoli

Queste reazioni sono in generale il risultato fisiologico delle interazioni umidità/temperatura

74

3) SPOSTAMENTI

- Migrazioni

- Emigrazioni = spostamenti definitivi provocati da un clima divenuto troppo arido. - Nomadismo = è il comportamento dei mammiferi che

seguono lo spostamento delle aree di pascolo e delle fonti d’acqua senza tornare regolarmente al punto di partenza.

Vanno considerati tali anche spostamenti di minor entità compiuti da organismi che nel periodo di massima aridità si infossano nel suolo o ricercano microclimi più umidi.

Aspetto evolutivo di tale reazione di infossamento

costruzione di nidi protetti da parte degli Insetti sociali.

75

4) FORMAZIONE D’ACQUA A PARTIRE DAL NUTRIMENTO

E’ un processo di sintesi dell’acqua attraverso l’ossidazione di lipidi che consente ad Insetti, Mammiferi ed Uccelli xerobi di vivere senza bere per periodi di tempo relativamente lunghi.

- Produce acqua metabolica e di ricava energia attraverso l’ossidazione dei lipidi immagazzinati nella gobba

- Concentra il volume di urina giornaliera a 5 litri

- Arresto della traspirazione quando il tenore in acqua del corpo si riduce

- tollera aumenti della t interna fino a 6,2 °C

- Elimina il calore in eccesso durante la notte con un max di vasodilatazione superficiale nelle prime ore del mattino

- Spessa pelliccia in grado di aumentare l’isolamento termico

- Si reidrata rapidamente appena ha nuova acqua a disposizione

In grado di sopravvivere più di 2 settimane a riposo con nutrimento secco (estate) e di resistere fino a 60 giorni in inverno.

76

- Concentra considerevolmente l’urina e elimina feci secche

- Tollera un elevato aumento della temperatura corporea

- Non possiede ghiandole sudoripare e riduce perdite d’acqua respiratorie espirando attraverso il naso.

- Presenta un ritmo di attività nictemerale molto marcato con il periodo di massima attività limitato alle ore notturne

RATTO-CANGURO (Dypodomys)

Unico mammifero conosciuto in grado di produrre acqua

unicamente metabolica in quantità sufficiente

77

78

L’energia luminosa è all’origine del fenomeno

fondamentale della biosfera: la fotosintesi

La maggior parte dei ritmi biologici esogeni ed

endogeni, ossia le variazioni cicliche dell’attività degli

organismi viventi sono direttamente ed indirettamente

legati all’alternanza giornaliera dei periodi di luce ed

oscurità, nonché alla durata relativa di

questi periodi nel corso dell’anno

Molti fenomeni biologici sono basati sulla luce

VALORE ECOLOGICO DELLA LUCE

79

PRINCIPALI FENOMENI BIOLOGICI BASATI SULLA LUCE

Fotosintesi

Sintesi della clorofilla,

costituzione dei cloroplasti

Fototropismo e fototassia

Intensità della respirazione

Germinazione dei semi

Crescita vegetativa

Fioritura

Fotoperiodismo

Orologi biologici

Fenomeni citoplasmatici e

nucleari

Fotoattivazione-fotoinibizione

Attività battericida

Controllo dei cromatofori

Fotoricezione visiva

Cosa manca?

80

Negli organismi eterotrofi la luce svolge un ruolo condizionante

d’importanza minore rispetto ad altri fattori (temperatura,

umidità)

Organismi che vivono in assenza di luce:

Organismi delle profondità marine

Organismi di grotta

Organismi endogei

ETEROTROFI dipendono per le loro

esigenze trofiche dalle forme di vita

FOTOFILE

81

sciafile Tutte le piante sono fotofile eliofile

Differenze di: Luminosità Ritmo termico Umidità dell’ambiente

Sciafili = organismi della lettiera

Eliofili = organismi di ambienti soleggiati (deserti, dune marittime, macchia mediterranea)

Attenzione!! Sciafilia non ombrofilia

82

1.Eliofile - solo in presenza di luce forte, max. illuminazione (deserti, steppe, alta montagna (Gentiana), zone costiere (Ammophila)

Fattori abiotici – Luce slides dal corso della Prof.Nola

Gentiana clusii Ammophila arenaria

83

2.Piante con optimum fisiologico illuminazione max (100%), ma tolleranti fino al 40% (rocce, praterie, macerie, colonizzatrici di suoli nudi: rovi e Artemisia: aree derivate dal taglio del bosco specie forestali (betulla e pino silvestre)

Fattori abiotici - Luce Fattori abiotici – Luce slides dal corso della Prof.Nola

84

3. Sciafile - adattate all'ombra, con luce pari al 20-40% Anemone nemorosa, Oxalis acetosella

Fattori abiotici – Luce slides dal corso della Prof.Nola

85

4. Sciafile estreme – solo al di sotto di una copertura vegetale densa (optimum ~ 5-10%, senza fioritura anche al 3%)

piante di sotto-bosco denso (Prenanthes purpurea delle faggete e delle pinete)

Fattori abiotici – Luce slides dal corso della Prof.Nola

86

Foresta tropicale schermo quasi completo alberi disposti in più strati sp.erbacee epifite a diverse h. a seconda della luce spesso manca uno strato erbaceo

Bromeliacee e orchidee su un ramo (Hawaii)

Foresta tropicale Borneo

Esigenze in luce delle specie e delle comunità

Fattori abiotici – Luce slides dal corso della Prof.Nola

87

ALCUNI SUGGERIMENTI

http://linxedizioni.it/web-news/ http://www.scienzainrete.it/

88