Presentazione di PowerPoint - Dipartimento di Scienze della vita

Ciclo dell’ossigeno
l’atmosfera di ossigeno è nata attraverso 2 sistemi di
iniezione dei gas:
dissociazione dell’acqua (radiazione ionizzante)
fotosintesi
la fotosintesi è stato il processo quantitativamente più
importante
Inizialmente tutti i siti di accumulo venivano saturati
(ossidazione dei minerali)
Tutta la superficie della terra è stata “ossidata” prima che
iniziasse l’accumulo in atmosfera fino all’attuale 21%
Precipitazione di ossidi ferrosi in seguito al rilascio di ossigeno da
parte dei primi cianobatteri fotosintetici
Arricchimento di ferro negli oceani ad opera del dilavamento
della crosta terrestre a partire da - 4,5 miliardi di anni
quasi 1 miliardo di anni fa gli organismi fotosintetici iniziarono ad
arricchire gli oceani di ossigeno fino al punto di innescare
l'abbondante precipitazione di ossidi (fino a -1,5 miliardi di anni).
Si ritiene che l'ossigeno contenuto in questi sedimenti sia pari a
20 volte quanto ne sia presente oggi disciolto nell'atmosfera
Bande di sali di ferro
Le banded iron bed
dimostrano che gli oceani
erano saturati con sali di
ferro e che sono stati
ossidati e sedimentati a
seguito di insufflazioni di
ossigeno a brevi intervalli.
La fotosintesi di superficie
(stromatoliti ?) potrebbe aver
fornito l’ossigeno
necessario.
Le prime tracce di ossigeno
libero risalgono a 2 miliardi
di anni fa, poi la deposizione
delle bande ferrose è cessata
30cm
TACONITE:
orizzonti ricchi in ferro ossidato (ematite) alternati a letti di selce e argilla
Reazioni di formazione e distruzione dell'ozono
L'ozono stratosferico si forma quando una molecola di ossigeno
assorbe radiazioni ultraviolette (200-300 nm) che la scindono in due
atomi di ossigeno
O2
2O
Ciascun atomo si combina poi con un'altra molecola di ossigeno
formando ozono:
O2 + O
O3
(ibrido di risonanza)
L'ozono assorbe radiazioni ultraviolette che lo dissociano nuovamente
in ossigeno molecolare e ossigeno atomico:
O3
O2 + O
L'atomo di ossigeno liberato si può unire ancora ad un'altra molecola di
ossigeno riformando ozono.
Il gas continua a dissociarsi e a riformarsi molte volte in questo modo,
finché entra in collisione con un atomo libero di ossigeno, formando due
molecole di ossigeno stabili:
O3 + O
2 O2
In condizioni normali il risultato netto del processo è che la quantità di ozono
si stabilizza in uno stato stazionario nel quale la velocità di formazione
corrisponde esattamente alla velocità di distruzione.
Modello3d del buco dell’ozono nell’emisfero sud
UV-A (400-315 nm) funzioni biologiche
UV-B (315-280 nm) genotossici mutageni
UV-C (280-10 nm) sterilizzanti
Regolatori dell’ossigeno
Trappole di O2
Contributi di O2
Ossidazione dei
minerali
Batteri dello
zolfo
Dissociazione
dell’acqua
O2
Batteri
nitrato-riducenti
Ammonificazione
nitrificazione
Gas vulcanici
Respirazione
Batteri
solfato-riducenti
Fotosintesi
Dettagli
Solfuri solfati
Ossidazione dell’ammonio e dei nitriti
Liberazione di COCO2
Solfati solfuri
Nitrati  nitriti  ammonio
Ciclo dell’azoto
N componente del protoplasma
Tipo di ciclo:
Gassoso-sedimentario
Assimilazione utilizzazione dell’azoto inorganico per la
costruzione di materiale proteico vivente
Nitrificazione reazioni che portano dalle proteine ai nitrati.
Reazioni energetiche realizzate da batteri chemiosintetici
NH3 Nitriti (Nitrosomonas)
Nitriti Nitrati (Nitrobacter)
Denitrificazione reazioni di liberazione di azoto gassoso a
partire da NH3.
Reazioni enzimatiche con richiesta di energia
Biofissazione  trasformazione dell’azoto molecolare
gassoso in azoto biodisponibile
Ciclo dell’azoto (1)
Le perdite nel ciclo
dell’azoto riguardano la
temporanea sottrazione
di sali di azoto nei
sedimenti marini
profondi.
Questi possono tuttavia
essere re-immessi in
circolo da correnti di
risalita (upwelling) o
essere bilanciate dalle
emissioni vulcaniche.
Organicazione dell'azoto
(assimilazione)
Il processo consiste nell'utilizzo di azoto inorganico per
la sintesi degli amminoacidi e di altre molecole organiche.
Il composto dell'azoto più abbondante nel terreno e nelle
acque è lo ione nitrato NO3-.
L'azoto nitrico ha il più alto numero di ossidazione possibile
per l'azoto (+5), mentre soltanto l'azoto con numero di
ossidazione -3 può essere trasformato in azoto organico.
Perciò il nitrato penetrato nelle cellule subisce una riduzione
ad ammoniaca (riduzione assimilativa)
Riduzione assimilativa dell’azoto
La prima tappa dell'organicazione consiste
nell'incorporazione dell'ammoniaca nei gruppi amminico
ed ammidico del glutammato e della glutammina.
A partire dall'azoto amminico ed ammidico di questi
due amminoacidi si possono formare tutti i composti
azotati cellulari (sintesi degli amminoacidi)
NITRIFICAZIONE AZOTO
La nitrificazione è la trasformazione dell'ammoniaca
(NH3) e ioni ammonio (NH4+) in ioni nitrito (NO2-) e
successivamente ioni nitrato (NO3-)
Gran parte dell'azoto presente nel suolo si trova sotto
forma di ammoniaca e ioni ammonio, derivanti dalla
degradazione di proteine, urea od acido urico, tossici
per quasi tutti gli organismi viventi,
le piante sono in grado di assorbire e metabolizzare
l'azoto (per sintetizzare amminoacidi, nucleotidi ecc.)
principalmente solo sotto forma di nitrati (NO3-)
Nell’ambiente acquatico certi tipi di alghe possono
utilizzare anche forme ammoniacali
N2
Fissazione biologica
NH4
ORGANISMI AZOTOFISSATORI:
Batteri liberi (Clostridium an. – Azotobacter
ae.)
Batteri simbionti su leguminose (Rhizobium)
Alghe azzurre o cianobatteri
Attinomiceti simbionti
La reazione richiede molte energia (catalizzata
dall’enzima nitrogenasi)
Le piante delle leguminose
hanno noduli nelle radici
dove sono concentrati i
batteri fissatori di azoto.Essi
trasformano N2 in NH3 che
con l’acqua forma ioni
ammonio(NH4+)
Bradyrhizobium
japonicum.
SIMBIONTI
Elevata efficienza a spese della pianta ospite
VITA LIBERA
Bassa efficienza dovuta alla mancanza di matrice energetica
Reazioni possibili solo in ambienti con grande
disponibilità di energia chimica circolante (es.
zuccheri) oppure di altre fonti energetiche (es.
produzione industriale di fertilizzanti azotati)
DENITRIFICAZIONE
I batteri denitrificanti,
in condizioni aerobie, usano l’ossigeno come accettore terminale
di elettroni;
in assenza di ossigeno ma in presenza di nitrato, usano
quest'ultimo come accettore di elettroni.
Nella denitrificazione, come nella respirazione aerobia, si ha
completa ossidazione del substrato organico a CO2 e H2O.
Nella denitrificazione la variazione di energia libera DG è quasi
pari a quella che si ha nella respirazione aerobia, che è di -686
Kcal/mole di glucosio.
Batteri denitrificanti
I batteri denitrificanti sono in grado di operare la respirazione
anaerobia dei nitrati, usando cioè il nitrato al posto dell'ossigeno come
accettore degli elettroni liberati durante il processo respiratorio.
I batteri denitrificanti possiedono un'unica catena respiratoria che
normalmente trasporta gli elettroni verso l'ossigeno.
Collegati alla catena respiratoria, a livello di citocromi, questi batteri
possiedono enzimi speciali, la nitratoriduttasi e la nitritoriduttasi che, in
assenza di ossigeno, permettono agli elettroni di fluire verso il nitrato o il
nitrito.
Sono enzimi adattativi che si formano nella membrana cellulare solo in
condizioni di anaerobiosi.
In presenza di ossigeno la sintesi delle riduttasi viene repressa.
Il trasporto di elettroni lungo la catena respiratoria è accoppiato a processi
di fosforilazione per produrre ATP.
Sono denitrificanti alcune specie batteriche dei generi Pseudomonas,
Thiobacillus, Paracoccus e Naisseria.
Tappe del processo di denitrificazione
La denitrificazione avviene secondo diverse reazioni in cui il prodotto finale è N2
e intermedi NO2- e N2O
5 C6H12O6 + 24 NO3-  30 CO2 + 24 OH- + 18 H2O + 12 N2
(DG = - 3018 kcal/mole)
C6H12O6 + 6 NO3--  6 CO2 + 6 OH- + 3 H2O + 3 N2O
(DG = - 508 kcal/mole)
C6H12O6 + 12 NO3-  6 CO2 + 6 H2O + 12 NO2(DG = - 496 kcal/mole)
Poiché i prodotti gassosi vengono dispersi nell'atmosfera, la
denitrificazione permette un ritorno dell'azoto dal
pool di scambio a quello di riserva.
Fissazione atmosferica
Fissazione atmosferica
Fissazione industriale
Fissazione biologica
44 terra
13 30 15 4
Denitrificazione
Azoto nella
biosfera :
trappole,
sorgenti e
trasferimento
Azoto atmosferico
3.800.000
Piante
12
Animali
0,2
Detrito organico
760
N inorganico
140
oceano
Animali
0,17
3,6 0,05 40
Piante
0,8
Detrito organico
900
N inorganico
100
30
Runoff del fiume
Sedimenti
1.000.000
Crosta
14.000.000
Fissazione 10
biologica
Azoto
solubile
20.000
2
Ciclo dello zolfo
S componente delle
proteine + altre biomol
Tipo di ciclo:
Sedimentario e in parte
gassoso
Pool di riserva:
Atmosfera Litosfera
I passaggi chiave sono rappresentati da:
Zolfo organico SO4 e viceversa in aerobiosi
Zolfo organico H2S SO4 in anaerobiosi
Recupero microbico dai sedimenti profondi
(liberazione di H2S)
Interazione di processi geochimici e meteorologici
Le piante assorbono zolfo solo sotto forma di solfato, mentre la
decomposizione di materiale organico contenente zolfo porta alla formazione di
acido solfidrico.
Tra zona aerobica e anaerobica sussiste un ciclo ossidoriduttivo in cui batteri
specializzati trasformano il solfato in zolfo e in acido solfidrico e viceversa.
L'acido solfidrico è scambiato con i depositi di solfuri.
BATTERI SOLFOSSIDANTI
I solfobatteri anaerobi sono fotosintetici ma la loro attività biologica
dipende dalla presenza di acido solfidrico come fonte di idrogeno (al
posto dell’acqua) e dà luogo a ioni solfato come sottoprodotti.
I batteri del genere Thiobacillus, sono in grado di attuare la
fotosintesi anossigenica, cioè di ossidare l'acido solfidrico a
solfato utilizzando l'energia che ne deriva per organicare l'anidride carbonica
(sulfuricazione).
Thiobacillus ferroxidans
I batteri thiobacillus sono piccole cellule bastoncellari, dotate di
un unico flagello che ne permette la mobilità.
Ricavano energia ossidando uno o più composti ridotti o
parzialmente ridotti dello zolfo.
Il genere comprende specie strettamente autotrofe che ricavano il
carbonio da CO2.
Sono anaerobi obbligati ed operano ad una temperatura ottimale di
28°C.
Sono presenti in acque marine, nel fango marino, nel suolo,
nell’acqua dolce, nelle acque di rifiuto, nelle sorgenti sulfuree.
Questi batteri potrebbero rappresentare dei fossili viventi, cioè
relitti di un'epoca in cui sulla terra non esisteva ossigeno
atmosferico libero
Sono infatti avvelenati dalla presenza di ossigeno e vivono tra
materiali in decomposizione o in ambienti a carattere riducente.
In questi ambienti l'uso dei solfati inizia quando ossigeno, nitrati e
nitriti sono stati esauriti
BATTERI SOLFORIDUCENTI
Desulfovibrio e Desulfatomaculum
Sono batteri con forma di bastoncini curvi, mobili per mezzo di
flagelli
Sono chemiotrofi
Producono energia mediante
respirazione anaerobica (sono
anaerobi obbligati) riducendo i solfati
o altri composti dello zolfo a H2S. La
temperatura ottimale per il loro
accrescimento è tra i 25° e i 30°.
Desulfovibrio
pirite
cinabro
blenda
Ambienti estremi
galena
Ciclo del fosforo
Pcomponente essenziale della materia
vivente (FOSFOLIPIDI,DNA, ATP, RNA,…)
Tipo di ciclo:
Sedimentario
Pool di riserva:
Litosfera
Ciclo:
Fosfati organici decomposti
Fosfati inorganici organicati dagli autotrofi
Il ciclo del fosforo è in perdita costante in quanto il continuo
drenaggio di fosfati dalla terra al mare non è compensato da
un ritorno equivalente
Il ritorno al mare è accelerato dall’uomo che canalizza i rifiuti
contenenti fosforo in maniera diretta
Il ciclo del fosforo è tipicamente sedimentario: infatti il comparto di riserva è
costituito, quasi esclusivamente, dalle rocce fosfatiche; solo quando esse
riemergono per eventi geologici, il fosforo può entrare in circolazione per azione
erosiva atmosferica o per solubilizzazione dei fosfati insolubili.
Assorbimento del fosforo
Gli stati di ossidazione del fosforo sono diversi, ma può
venire assorbito dalle radici solo nel suo stato di
ossidazione massimo cioè 5.
A seconda del pH del mezzo, viene utilizzato:
a pH<7 come anione diidrogenofosfato H2PO4a pH>7 come anione monoidrogenofosfato HPO4--
Importanza delle micorrize
nell’assimilazione dei fosfati
Ectomicorrize (funghi endofiti)
Endomicorrize (ascomiceti e bsidiomiceti)
Oltre il 90% delle piante arboree terrestri utilizza simbiosi
con funghi
Nella "micorrizosfera" (ambiente esplorato dall’apparato radicale micorrizato) si creano condizioni particolarmente
favorevoli alla vita di numerosi microrganismi utili.
azotofissatori (rizobi, azospirilli, azotobacter, Bacillus polymyxa),
solubilizzatori dei sali di fosforo (Bacillus megaterium),
antagonisti dei nematodi (Arthrobotrys) e dei funghi patogeni (Trichoderma).
VANTAGGI DELL’ASSOCIAZIONE
Associazione
mutualistica - micorrize
MUTUALISTICA DELLE MICORRIZZE
L'effetto della micorrizazione è essenzialmente un enorme
moltiplicazione della superficie e del volume radicale (sino al 700% in
più rispetto ad un apparato radicale non micorrizato).
I risultati ottenuti con l’instaurarsi della simbiosi sono:
• incremento della capacità di assorbimento di acqua, di macro e
microelementi (fosforo)
• maggior resistenza alla siccità;
• capacità di resistenza a livelli di salinità elevati;
• un parziale effetto di "barriera meccanica" nei confronti di funghi
patogeni e nematodi;
• possibile bonifica dei suoli inquinati da metalli pesanti
(ectomicorrize)
Trappole del fosforo
Nelle acque interstiziali con prevalenza di reazioni ossigeniche il
fosforo può
1. formare precipitati reagendo con elementi quali il ferro, il
calcio e l’alluminio
2. essere adsorbito da particelle di argilla e da frazioni
organiche recalcitranti presenti nel sedimento (torbe).
Precipitazione degli ortofosfati
Fe Ca
Al
Sedimento
Recupero del fosforo
1. In condizioni anossiche, viene favorita la riduzione dello
ione ferrico a ferroso (Fe3+ + e– ➝ Fe2+) con la produzione di
composti solubili e con il conseguente rilascio di fosfato (da
ortofosfato ferrico insolubile a ortofosfato solubile).
2. In condizioni anossiche si può avere rilascio dei fosfati
legati a ferro e alluminio per idrolisi
solubilizzazione degli ortofosfati
Sedimento
Nel lungo termine si ha normalmente una sottrazione di fosfato grazie
al graduale seppellimento del sedimento dei bacini lacustri, lagunari e
dei sedimenti marini ed oceanici
Il fosforo ad esso legato subisce così un isolamento fisico che ne
riduce nel tempo la mobilità
Il recupero è legato essenzialmente a fenomeni di tipo periodico sul
breve, medio, lungo e lunghissimo periodo
Frane , alluvioni,
Correnti di risalita (upwellings),
Recupero biologico,
Vulcanismo
Movimenti tettonici
Le zone di upwelling più importanti del pianeta. Concentrate in particolare nelle
zone costiere e nell’emisfero nord
Le migrazioni delle specie
anadrome possono
rappresentare un ritorno del
fosforo in direzione valle-monte
Il carico totale di nutrienti
Componenti esterne all’ecosistema (input antropici)
Localizzate
- scarichi civili (incluso fosforo dei detersivi)
- scarichi zootecnici
-scarichi industriali
Diffuse
-dilavamento del suolo incolto e coltivato
-dilavamento di aree urbane
Componenti interne
Nutrienti rilasciati dai sedimenti
Rocce fossfatiche
Tipo di raccolto e utilizzo di N e
P totale in kg /ha anno
Coltura
N
P
Grano
Mais
Riso
Altri cereali
Patate
Barbabietole 120
Altri ortaggi 120
Foraggio
Vigneti
Frutteti
Pascoli
200
250
100
110
130
45
45
30
35
55
65
50
40
100
110
40
40
20
35
30
Ecosistema come sistema aperto
Ri Ki
Ru Ku
E
R = condizioni e fattori che influenzano l’ingresso
e l’uscita dei materiali (i = in ingresso; u = in uscita)
K = flussi di materiale in ingresso e uscita
INDICE DI CICLIZZAZIONE
IC=KI - KU
KI
IC = 0 equilibrio
IC < 1 alta capacità di ciclizzazione
IC negativo – sistema in perdita
può essere espresso anche come %
Il ciclo sedimentario in presenza/assenza di biosfera
Pompa solare
Prevalenza di meccanismi di trasporto
da monte a valle
Capacità di trattenimento e utilizzo
dell’acqua per estrarre nutrienti
OCEANO
Sedimenti marini
Ciclo sedimentario
Gli elementi chimici disponibili per le comunità sono quelli
che per la loro natura geochimica tendono ad essere inclusi
nelle rocce affioranti sulla superficie terrestre
I fenomeni naturali di erosione determinano la perdita
costante di materiale da monte a valle
L’attività umana accelera questi processi
Per gli ecosistemi a monte le fonti di materiale sedimentario
tendono a diventare limitate
Il ciclo sedimentario è strettamente
dipendente dal ciclo dell’acqua
.. E dai processi della sedimentazione ,
diagenesi
ed orogenesi
Ciclo sedimentario
La ciclizzazione biologica e le fissazione delle sostanze
minerali nella biomassa rappresenta il massimo adattamento
alla scarsa disponibilità di tali sostanze
La riforestazione di aree deforestate non compensa ma anzi
aumenta il problema dell’impoverimento dei minerali
L’aumento dei flussi minerali da monte a valle non supera la
possibilità di riciclizzazione biologica e terminando il loro
percorso nella zona afotica (biologicamente indisponibile)
Cicli dei nutrienti ai tropici
Sostanziali differenze con i cicli delle zone fredde e
temperate in funzione della necromassa stabile
Regioni fredde e temperate
Suolo:
Grande quantità di lettiera e di strato dell’humus con nutrienti disponibili
nel corso di tutto l’anno
Regioni tropicali (foreste pluviali)
Biomassa:
Strategie di riciclo all’interno della struttura organica vivente onde
prevenire la lisciviazione dei nutrienti e la perdita dello strato di humus
(alta- temperatura- alto tasso di piovosità.
Principali meccanismi di riciclo delle foreste
pluviali
Apparati radicali capillari
Iinibizione della denitrificazione)
Grande sviluppo delle micorrize
e delle simbiosi batteriche
Radici aeree
Bioreattori mulistrato
Riciclaggio delle sostanze nutritive ad opera degli
alberi della foresta pluviale tropicale
Distribuzione dell’azoto in g/m2 all’interno di un ecosistema temperato
e di un ecosistema di foresta tropicale
Foresta temp.
foglie
12.4
legno
18.5
radici
18.4
lettiera
40.9
suolo
730.8
% N sulla superficie
3.0
% in biomassa
6.0
Rapporto radici/fusto
0.6
Rapporto foglie/legno
0.34
Foresta trop.
52.6
41.2
28.2
3.9
85.3
44.8
57.8
0.3
0.76
CLIMA
Può essere definito come sommatoria di fattori che determinano quale tipo
di comunità si svilupperà in una data zona della terra
I fattori primari associati al clima sono rappresentati da:
Intensità e durata del fotoperiodo
Disponibilità d’acqua
Temperatura
Pressione atmosferica
Movimenti di masse d’aria ed acqua
Distruzioni periodiche (uragani,
inondazioni,
fuoco)
CLIMA
Fattori astronomici
Irraggiamento solare
Fattori geografici
Latitudine
Altitudine
Masse d’acqua
Foreste
Fattori antropici
Industrie
Citta
Mosaico climatico definito da:
Luce incidente con diffusione e riscaldamento differenziato alle varie
latitudini
Fotoperiodo differenziato
Raffreddamento adiabatico dell’aria (tasso di perdita adiabatica
10°C/1000m)
Movimenti dell’aria
L’aria riscaldata dal sole all’equatore sale dal basso e richiama aria
dalle latitudini più elevate.
Le masse d’aria soprastanti si dirigono verso i poli ma non penetrano
oltre i 30° di latitudine Nord Sud
……..a questi fattori selettivi è associato un altro sottoinsieme
di fattori rappresentati dal suolo
Un bioma è un settore regionale con comunità vegetali
ed animali caratteristiche dove siano presenti condizioni
climatiche definite .
Nell’ambito del bioma sono comuni microvariazioni
climatiche e variabilità delle caratteristiche edafiche
Biomi: relazione tra temperatura e piovosità
I principali biomi della terra
Clima mediterraneo
Biomi stratificati sulle fasce
altitudinali ed in base alla
esposizione
•Macroclima
•Mesoclima
•Clima locale
•Microclima
microclima
CONDIZIONI O FATTORI
Parametri chimico-fisici funzionali alla vita
ACQUA
LUCE
TEMPERATURA
SALINITA’
PRESSIONE
SUBSTRATO
NUTRIENTI
MACRO E MICROELEMENTI
clima
Fattori limitanti ed ambiente fisico
Fattore limitante
Limiti di tolleranza
Qualsiasi condizione di tipo chimico, fisico,
che si avvicini o superi i limiti di tolleranza
dell’individuo, la popolazione , la comunità
biologica.
Intervallo compreso tra il limite minimo
e il limite massimo entro il quale è
possibile la vita dell’organismo o della
comunità
Es. limiti di tolleranza della temperatura per i pesci
Ciprinidi
0 - 40°C
Salmonidi
0 – 15°C
Pesci delle barriere coralline
25 – 40 °C
Pesci antartici
-2 – 2°C
In base al grado di tolleranza, si usa il prefisso steno- con
il significato di stretto ed euri- con significato di ampio.
In ecologia si parla quindi di:
Stenotermo-euritermo (si riferisce alla temperatura)
Stenoidrico-euriidrico (si riferisce all’acqua)
Stenoalino-eurialino (si riferisce alla salinità)
Stenofago-eurifago (si riferisce al cibo)
Stenoecio-euriecio (si riferisce selezione dell’habitat)
CONFRONTO DEI LIMITI RELATIVI DI TOLLERANZA DEGLI ORGANISMI
STENOTERMI ED EURITERMI.
Il minimo, l’optimum e il massimo sono molto vicini per una specie
stenoterma, e quindi una piccola differenza di temperatura che potrebbe
avere un effetto minimo su una specie euriterma, è spesso critica. Si noti che
gli organismi stenotermi possono tollerare basse temperature(oligotermi), o
alte temperature (politermi).
EURITERMI
Attività
(accrescimento)
OPT
STENOTERMI
oligotermi
STENOTERMI
politermi
OPT
OPT
MIN
MAX
Temperatura
MIN
MAX
Le condizioni di esistenza
La comunità biotica raggiunge la più elevata omeostasi possibile
con le condizioni di esistenza
La comunità programma i propri cicli biologici in relazione alle
condizioni fisiche per trarne il massimo beneficio
L’orologio biologico è un meccanismo fisiologico di misurazione delle
periodicità fisiche (fotoperiodo, ritmi tidali, temperatura, luce)
Crescita
Fioritura
Muta
Letargo
Caduta foglie
Fotoperiodo
temperatura
Stati latenti
Migrazione
Accoppiamento
Deposizione di grasso
Controllo del periodo riproduttivo della trota mediante
alterazione artificiale del fotoperiodo.
La trota normalmente depone le uova in autunno, mentre quando viene
aumentata artificialmente la lunghezza del giorno a primavera, e diminuita
in estate, per simulare le condizioni autunnali, essa depone le uova in
estate.
Ore di luce al giorno
16
Luce artificiale
Luce naturale
8
Deposizione in
condizioni
sperimentali
0
Gen.
Mar.
Mag.
Deposizione
naturale
Lug.
Set.
Nov.
Ecosistemi con fattori limitanti estremi
Acque termali (concentrazione elevata si solfati, temp. 0
60-100°C)
Suoli a serpentino (metalli pesanti)
Zone soprassalate (lagune salate, pozze di scogliera)
Deserti
Calotte polari
Profondità marine
Acque termali (concentrazione elevata si solfati,
temp. 0 60-100°C
Suoli a serpentino (metalli pesanti)
Zone soprassalate (lagune salate, pozze di scogliera)
Compensazione dei fattori ed ecotipi
Gli organismi non subiscono l’ambiente fisico
La comunità tende ad adattare e modificare l’ambiente stesso
per ridurre gli effetti limitanti della temperatura, della luce,
dell’acqua e di altri fattori che ne condizionano l’esistenza
Tale compensazione di fattori è particolarmente efficace a livello
di organizzazione comunitaria.
Le comunità si formano in equilibrio con i fattori
Es. utilizzatori del ciclo di azoto
Urea
Acido urico
Flagellati verdi
(Nannochloris)
(Stichoccus)
Ammoniaca
Utilizzatori
Nitriti
Nitrati
Diatomee
dinoflagellati
Effetto della temperatura sulla respirazione di una comunità di
microcosmo bilanciato di laboratorio (A) e una singola specie, Daphnia
(B)
Rapporto di respirazione
2,0
1,5
A
1,0
B
0,5
15
20
25
Temperatura °C
30
Compensazione dei fattori ed ecotipi
Specie con confini geografici estesi sviluppano quasi sempre
popolazioni adattate localmente chiamate
ecotipi
che hanno i valori ottimali ed i limiti di tolleranza adattati alle
condizioni locali
Gli ecotipi possono essere fissati geneticamente ed evolvere
nella formazione di razze, sottospecie, specie
Compensazione a livello di specie e a livello di comunità
Pulsazioni/min.
20
Halifax,
animali estivi
Tortugas,
Animali estivi
5
0
0
10
20
Temperatura °C
30
40
Relazione tra movimenti natatori in individui settentrionali (Halifax) e
meridionali (Tortugas) della stessa specie di medusa Aurelia aurelia
Sotalia fluviatilis
Ecotipo fluviale (bacino amazzonico 150 cm)
Ecotipo marino (costa orientale Honduras Brasile 210 cm)
Ecofisiologia (studio degli ecotipi)
•le caratteristiche fenotipiche sono correlate con le
caratteristiche ambientali
•Queste possono essere fissate geneticamente
(esperimento del giardino comune)
•Inoltre possono aver determinato una effettiva migliore
omeostasi
ECOFISIOLOGIA
Risposte degli organismi ai FATTORI AMBIENTALI che agiscono come
FATTORI SELETTIVI O LIMITANTI
SELEZIONE FILOGENETICA
Caratteristiche fisiologiche di base frutto di
processi evolutivi
SELEZIONE ONTOGENETICA
Adattamenti avvenuti durante lo sviluppo
individuale
ACCLIMATAZIONE
Sforzo compensativo biochimico,
fisiologico e comportamentale
Termoregolazione:
Sistemi in controcorrente
Tursiops truncatus
Thunnus thynnus
Orcinus orca
Casmerodius albus
Aptenodytes forsteri
Dermochelis coriacea
Altri sistemi per conservare energia
Diapausa
arresto programmato dello sviluppo di alcuni
animali dell’attività metabolica per riprendere
quando le condizioni diventano favorevoli (Insetti,
molluschi, forme embrionali di mammiferi es
capriolo)
Ibernazione - letargo
Pyrrhocoris apterus
Condizione biologica in cui le funzioni vitali sono
ridotte al minimo e la temperatura si abbassa in
certi casi sotto 0°C
Endotermi ed ectotermi:
Consumo di ossigeno
Consumo di ossigeno in funzione
della massa corporea
ECTOTERMIA
•Metabolismo intermittente (pause brevi o lunghe)
•Limite imposto dalla durata dello forzo
•Differenze tra artropodi e vertebrati
•Limiti imposti dalla temperatura esterna
•Accrescimento con varie fasi e vari livelli trofici
•Metabolismo anaerobico (utilizzo dell’acido lattico) o
tracheale (artropodi)
•Sistemi a bassa energia ed elevato potenziale
riproduttivo
ENDOTERMIA
•Metabolismo basale alto e dissipativo a riposo
•Limite imposto dalle dimensioni (nel piccolo)e dalla forma
•Limiti imposti dalla temperatura esterna
•Accrescimento “compatto” e con livello trofico simile nelle varie
fasi
•Investimento parentale
•Sistemi ad alta energia con capacità performanti (anche nel
buio, nel freddo e per lunghi periodi sotto sforzo)
L’IMPATTO ANTROPICO COME
SOMMATORIA DI FATTORI LIMITANTI
EMISSIONI GAS CLIMALTERANTI
•EMISSIONI MOLECOLE OZON-KILLER
•EMISSIONI PRECURSORI DEPOSIZIONI ACIDE
•DEFORESTAZIONE
•ALTERAZIONE CICLO DELL’ACQUA
•ALTERAZIONE CICLO NUTRIENTI
•INQUINAMENTO DA METALLI
•INQUINAMENTO DA XENOBIOTICI
•BIOINVASIONI
•OVERFISHING