Introduzione alla Biologia e Ecologia PDF

Capitolo 1 La biologia per un mondo sostenibile La biologia βίος, bìos = "vita" + λόγος, lògos = "discorso, studio" Gli esseri viventi sono formati da sostanze inorganiche (es. acqua e sali minerali) e da sostanze organiche (come il DNA; le proteine, i carboidrati, i lipidi). Questi composti si s...

Capitolo 1 La biologia per un mondo sostenibile La biologia βίος, bìos = "vita" + λόγος, lògos = "discorso, studio" Gli esseri viventi sono formati da sostanze inorganiche (es. acqua e sali minerali) e da sostanze organiche (come il DNA; le proteine, i carboidrati, i lipidi). Questi composti si sono formati a partire da sostanze più semplici, le loro molecole sono composte principalmente da atomi di carbonio, ossigeno e idrogeno. Ma quando possiamo definire qualcosa come «vivente»? La biologia per un mondo sostenibile La vita ha cinque caratteristiche Gli scienziati sono giunti a identificare cinque caratteristiche che, congiuntamente, descrivono la vita. A. Organizzazione B. Utilizzo dell’energia C. Mantenimento dell’equilibrio interno D. Riproduzione, crescita e sviluppo E. Evoluzione La biologia per un mondo sostenibile La vita ha cinque caratteristiche Gli scienziati sono giunti a identificare cinque caratteristiche che, congiuntamente, descrivono la vita. A. Organizzazione B. Utilizzo dell’energia C. Mantenimento Gli atomi costituiscono Un gattino utilizza dell’equilibrio interno molecole, che l’energia fornita dal latte Quando abbiamo caldo costituiscono cellule, materno per la propria secerniamo sudore che, che costituiscono tessuti crescita. evaporando sulla pelle, e così via. abbassa la nostra temperatura. La biologia per un mondo sostenibile La vita ha cinque caratteristiche D. Riproduzione, crescita e sviluppo E. Evoluzione Una ghianda germina, si sviluppa diventando Un numero sempre maggiore di batteri una piantina di quercia e, raggiunta la sopravvive ai trattamenti antibiotici. maturità, si riproduce sessualmente per produrre altre ghiande. La biologia per un mondo sostenibile  Organulo L’organizzazione dei viventi Molecola Cellula Tessuto Organo La materia vivente Organismo Atomo è costituita da parti, organizzate in una struttura gerarchica. Popolazione Sistema Nell’Ottocento gli scienziati tedeschi Mathias Schleiden e Theodor Schwann, formulano la teoria cellulare: la cellula è la più piccola unità Biosfera Comunità Ecosistema vivente, capace di compiere tutte le https://www.focus.it/s funzioni vitali; cienza/scienze/qual-e -la-cellula-piu-grande tutti gli organismi viventi sono -della-terra formati da una o più cellule; ogni cellula nasce da un’altra cellula, si riproduce e muore. La biologia per un mondo sostenibile Caulerpa prolifera L’organizzazione dei viventi La biologia per un mondo sostenibile I viventi e l’energia Le reazioni che rendono possibile la vita nella cellula, nell’insieme chiamate metabolismo, permettono agli organismi di acquisire e usare energia e nutrienti per costruire nuove strutture, riparare quelle vecchie e riprodursi. Il METABOLISMO si può dividere in 3 fasi: 1. nutrizione: le sostanze necessarie vengono prese dall'esterno, dall'ambiente. 2. respirazione cellulare: conversione delle sostanze ottenute con la nutrizione in energia, il processo avviene all'interno delle cellule 3. escrezione: eliminazione delle sostanze di rifiuto La biologia per un mondo sostenibile I viventi e l’energia La nutrizione: Tutti gli esseri viventi hanno bisogno soprattutto di acqua e sostanze organiche (zuccheri, proteine e lipidi). Alcuni organismi riescono a costruirsi da soli le sostanze organiche di cui hanno bisogno a partire da composti semplici (es. acqua e anidride autotrofi; sono in grado di produrre le sostanze organiche di cui hanno bisogno (es. carbonica); gli altri organismi devono alghe e piante) cibarsi di altri viventi o dei loro resti. eterotrofi: devono assumere le sostanze organiche di cui hanno bisogno da altri esseri Per questo gli organismi si possono viventi. Gli eterotrofi si possono dividere in: erbivori: se mangiano solo vegetali dividere in livelli trofici, in base alle carnivori: se mangiano solo animali onnivori: se mangiano sia vegetali sia loro fonti di energia e alle materie animali prime che le costituiscono. La biologia per un mondo sostenibile detritivori e decompositori: si nutrono della materia organica morta I viventi e l’energia org. autotrofi: possono produrre il proprio cibo da fonti naturali come acqua, energia luminosa, anidride carbonica (CO2) ed energia chimica. Possono nutrirsi senza l’assistenza di altri organismi. Fotosintetici: la fotosintesi utilizza CO2, energia solare e acqua per generare ossigeno ed energia sotto forma di zucchero. Si verifica nelle piante, nelle alghe e nei cianobatteri ovunque sia presente un’adeguata luce solare Chemiosintetici: Presente nei batteri e in altri organismi, la chemiosintesi utilizza l’energia derivante dall'ossidazione di composti inorganici (idrogeno, azoto, zolfo) per produrre energia Archebatteri (es. metanobatteri, solfobatteri), vivono nei depositi lacustri, nelle paludi, o nelle profondità oceaniche Batteri nitrificanti (eubatteri), trasformano lo ione ammonio in nitriti e quindi La biologia per in nitrati (ciclo dell'azoto), vivono nel suolo un mondo sostenibile I viventi e l’energia In un ecosistema, gli organismi sono connessi in complesse catene alimentari, che cominciano con i produttori e continuano per diversi livelli di consumatori (inclusi i decompositori). Catene alimentari diverse si intersecano dando origine a una rete alimentare. La biologia per un mondo sostenibile Rete alimentare antartica. I viventi e l’energia L’energia che fluisce attraverso la catena (o la rete) può essere rappresentata con una piramide dell’energia. A ogni passaggio della catena alimentare, quindi, si perde circa il 90% dell’energia disponibile nel livello precedente. La biologia per un mondo sostenibile I viventi e l’omeostasi Una caratteristica importante delle cellule e degli organismi è l’abilità di captare e reagire agli stimoli per mantenere il proprio equilibrio interno. Per esempio, per mantenere la temperatura interna a circa 37 °C, quando fa freddo e quando fa caldo l’organismo reagisce in modi diversi. Tale capacità è detta omeostasi. La biologia per un mondo sostenibile I viventi e l’omeostasi gli esseri viventi devono quindi essere in grado di "sentire" gli stimoli dell'ambiente e rispondere in modo adeguato. Lo stimolo è qualunque azione che provoca una reazione in un organismo. La reazione è la risposta degli organismi. Una risposta ad esempio può essere il germogliare di un seme o il movimento (ad esempio per spostarsi in un luogo più fresco se la giornata è troppo calda). Anche le piante si muovono: i tropismi! (ad esempio i girasoli ruotano i fiori in modo da mantenerli sempre esposti al sole). https://www.scientificast.it/girasoli-movimento/ La biologia per un mondo sostenibile I viventi e la riproduzione I viventi si riproducono in due modi: riproduzione asessuata: un nuovo individuo si genera a partire da un organismo “genitore” (per esempio le stelle marine); riproduzione sessuata: il materiale genetico di due individui si unisce per formare i figli, che presentano una nuova combinazione di tratti ereditari, introducendo la possibilità di una maggiore variabilità genetica nella prole.. La biologia per un mondo sostenibile I viventi e la riproduzione riproduzione asessuata: scissione binaria nei Batteri divisione cellulare (scissione mitotica) negli Eucarioti unicellulari; In alcuni casi, come negli Sporozoi, il nucleo si divide molte volte (scissione multipla) e ogni parte si circonda di un po' di citoplasma sporulazione nei Protisti, Funghi e in alcune Piante inferiori. Consiste in una divisione multipla del nucleo e poi ciascun nucleo figlio si circonda di una parte del citoplasma. Alla fine si rompe la membrana della cellula madre e le nuove cellule, dette spore, si riversano all'esterno. La biologia per un mondo sostenibile I viventi e la riproduzione riproduzione asessuata: frammentazione in qualche forma primitiva di animali. Nei Platelminti, ad esempio, la semplice suddivisione del corpo in più parti genera per ciascuno un nuovo individuo. gemmazione nei Lieviti, nei Poriferi e nei Cnidari, come l'Idra, avviene la : numerose divisioni mitotiche in una parte del corpo producono una protuberanza (gemma) che si accresce fino a raggiungere dimensioni sufficienti per una vita autonoma per poi distaccarsi e formare un nuovo individuo. Partenogenesi, molto diffusa negli insetti, ma anche in alcuni Crostacei e Rotiferi, può presentarsi in alternanza alla riproduzione sessuata. Consiste nella formazione di un individuo da una cellula uovo non fecondata. riproduzione vegetativa nelle piante la riproduzione asessuata (polloni, talee, ecc.) La biologia per un mondo sostenibile Parthenogenesis: a natural form of asexual reproduction in which growth and development of an embryo can occur directly from an egg without fertilisation. https://www.nationalgeographic.it/come -funziona-la-partenogenesi-ossia-la-ripr oduzione-virginale-di-alcuni-animali La biologia per un mondo sostenibile I viventi e la riproduzione riproduzione sessuata: In molte specie animali la riproduzione è di tipo sessuato, questo tipo di riproduzione prevede l’unione di due cellule sessuali (o gameti). L’unione dei due gameti è chiamata fecondazione. La fecondazione può avvenire: all’esterno del corpo dei genitori, per cui maschi e femmine rilasciano i gameti nell’ambiente circostante (tipica dell’ambiente aquatico, es. pesci e anfibi), all’interno del corpo della madre (come avviene nei mammiferi). Nel caso di fecondazione interna è necessario un accoppiamento tra genitori di sesso diverso, in cui il maschio rilascia all’interno della femmina i propri gameti, poi si può avere la deposizione di uova (animali ovipari, come gli uccelli) o una maturazione intrauterina del nuovo individuo fino alla nascita (animali La biologia per un mondo sostenibile vivipari, come i mammiferi). I viventi e la riproduzione riproduzione sessuata: In molte specie animali la riproduzione è di tipo sessuato, questo tipo di riproduzione prevede l’unione di due cellule sessuali (o gameti). L’unione dei due gameti è chiamata fecondazione. La fecondazione può avvenire: all’interno del corpo della madre (come avviene nei mammiferi). OVOVIVIPARITÀ: è un tipo di riproduzione di una specie animale in cui le uova sono incubate e si schiudono nell'organismo materno, senza che vi sia alcuna relazione nutritiva, come invece accade nella viviparità OVOVIVIPARI: https://www.repubblica.it/ambiente/2013/02/26/foto/isole_vergini_bri tanniche_il_parto_dello_squalo-53465495/1/ La biologia per un mondo sostenibile I viventi e l’evoluzione Nell’evoluzione delle specie, la selezione naturale è il meccanismo che favorisce la fitness e il vantaggio riproduttivo di alcuni individui di una popolazione. Per esempio, i batteri diventati resistenti per una mutazione sopravvivono alla somministrazione degli antibiotici e possono riprodursi maggiormente. La biologia per un mondo sostenibile I viventi e l’evoluzione gli esseri viventi si possono quindi adattare all'ambiente modificando nel corso del tempo le loro caratteristiche grazie ai processi evolutivi. Il principale fattore su cui si basano i processi evolutivi è la variabilità esistente nelle popolazioni di individui che appartengono alla stessa specie. Secondo Darwin le variazioni presenti tra questi individui sono dovute solo al caso e non sono dunque prodotte né dall’ambiente né dalla volontà degli organismi stessi. In sé, le variazioni non hanno né scopo né direzione, ma possono essere più o meno utili a un individuo per la sua sopravvivenza e la sua riproduzione. È l’azione della selezione naturale, cioè l’interazione tra i singoli individui e il loro ambiente, che, nel corso di parecchie generazioni, guida il corso dell’evoluzione. Una variazione dovuta al caso che dia a un organismo un vantaggio, per quanto lieve, lo renderebbe più idoneo a lasciare una progenie in grado di sopravvivere più facilmente. La biologia per un mondo sostenibile La biologia per un mondo sostenibile L’origine della vita Aleksandr Ivanovic Oparin(1894-1980), biochimico russo che nel 1924 sviluppò la sua teoria sull’origine della vita sulla Terra, secondo la quale la vita si è sviluppata sul nostro pianeta per evoluzione a partire da molecole non biologiche. La biologia per un mondo sostenibile L’origine della vita Oparin: teoria sull’origine della vita La Terra di circa 4 miliardi di anni fa era molto diversa dall'attuale. Era un pianeta ad alto contenuto energetico (energia endogena ed esogena), con un'atmosfera primitiva caratterizzata dall'assenza di ossigeno e anidride carbonica ma ricca in idrogeno, metano, ammoniaca e vapore acqueo; quindi fortemente riducente. Queste condizioni chimico-fisiche consentirono la formazione di una grande quantità di molecole organiche che, accumulandosi nei mari primitivi (in quantità tale da giustificare l'espressione "brodo primordiale"), poterono reagire tra loro in modo da originare una grande varietà di molecole biologiche importanti per la vita. Successivamente queste molecole si associarono nei primi sistemi macromolecolari in grado di esprimere una primitiva funzionalità vivente, accrescimento e autoriproduzione. I primi organismi furono dunque degli eterotrofi in grado di assumere combustibile chimico direttamente nel mezzo ambiente. In questa ipotesi, quindi, invece di immaginare un sistema vivente complesso (autotrofo) che sfrutta semplici elementi ambientali (luce, acqua e anidride carbonica, peraltro assente nella loro ipotetica atmosfera primitiva) si ipotizza un sistema La biologia per un mondo sostenibile vivente semplice in un mezzo ambiente complesso, già ricco di alimenti. L’origine della vita Stanley Miller negli anni ’50 del Novecento provò a ricostruire in laboratorio le condizioni primordiali della Terra. Miller dimostrò con il suo esperimento che da sostanze inorganiche si possono formare in determinate condizioni (come quelle della Terra primordiale) delle sostanze organiche, e in particolare delle biomolecole. Le sostanze inorganiche fornivano gli atomi necessari, i fulmini l’energia utile alla realizzazione delle reazioni chimiche. La biologia per un mondo sostenibile L’albero della vita ha tre rami principali Fin dall’antichità, gli studiosi della natura hanno avuto il problema di organizzare la crescente lista di organismi noti in categorie definite. La tassonomia è la branca della biologia che si occupa di denominare e classificare gli organismi. Linneo (1707-1778): padre della moderna classificazione dei viventi grazie alla sua opera Systema naturae, in cui catalogò migliaia di specie animali e vegetali. La biologia per un mondo sostenibile L’albero della vita ha tre rami principali LA CLASSIFICAZIONE DI LINNEO SPECIE: tutti gli organismi con caratteristiche tanto simili da potersi accoppiare e generare discendenti a loro volta fertili (è l'unità di base per classificare i viventi, definizione proposta da Ernst Mayr) GENERE: raggruppa diverse specie che presentano caratteristiche simili tra loro FAMIGLIA: raggruppamento di generi ORDINE: raggruppamento di famiglie CLASSE: raggruppamento di ordini (es. mammiferi) PHYLUM: raggruppamento di classi (es. vertebrati) REGNI: insieme di phyla La biologia per un mondo sostenibile L’albero della vita ha tre rami principali Linneo introdusse anche il sistema di nomenclatura degli organismi viventi. In particolare è un sistema binomio (costituito da due termini): il primo termine è il nome del genere a cui l'organismo appartiene il secondo temine indica la specie I due nomi sono scritti in corsivo (con solo l'iniziale del genere in maiuscolo) e in latino La biologia per un mondo sostenibile L’albero della vita ha tre rami principali dominio BACTERIA dominio ARCHAEA Tutte le specie possono essere divise in tre domini: Bacteria (batteri); Archaea (archei); Eukarya (eucarioti). dominio EUKARYA regno PROTISTA regno ANIMALIA In ogni dominio le specie si distribuiscono a loro volta in regni. regno FUNGI regno PLANTAE La biologia per un mondo sostenibile L’albero della vita ha tre rami principali La biologia per un mondo sostenibile La biologia per un mondo sostenibile I virus sono una forma di vita? I virus non sono considerati organismi viventi, poiché mancano di alcune delle caratteristiche che descrivono la vita, come la capacità di riprodursi. SONO PARASSITI INTRACELLULARI OBBLIGATI. I virus possono avere forma sferica, come (da sinistra verso destra) l’HIV; elicoidale, come il rhabdovirus; poliedrica, come l’adenovirus. La biologia per un mondo sostenibile I virus sono una forma di vita? I virus non sono in grado di condurre vita autonoma, quando liberi nell’ambiente sono inerti e inattivi e vengono trasportati passivamente dall’aria, dall’acqua o dagli organismi viventi. Devono essere ospitati dentro cellule viventi per potersi riprodurre, non si alimentano, non espellono rifiuti. Nel momento in cui vengono a contatto con una possibile cellula ospite, tuttavia, danno inizio a un fenomeno noto come infezione. Il processo di infezione virale può essere riassunto in cinque La biologia fasi. per un mondo sostenibile 1. Il sistema Terra https://padlet.com/marianialessandro/introduzione-al-sistema-terra-t95qrsjsqjfdyam4 La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. Il sistema Terra La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera Gli organismi non sono entità a se stanti, avulse da ogni contesto. Per vivere, devono infatti instaurare una rete di relazioni e scambi con l’ambiente esterno, costituito dal mondo inorganico (ambiente abiotico) e dagli altri organismi viventi (ambiente biotico). L’ecologia è la disciplina che studia le interazioni tra gli organismi e l’ambiente abiotico e biotico in cui essi vivono. Il termine ecologia, che significa letteralmente “studio della casa” e deriva dal greco οἶκος, oikos, “casa” e λόγος, logos, “studio, trattazione”, fu coniato nel 1866 dal biologo e filosofo tedesco Ernst Haeckel (1834-1919). L’oggetto di studio dell’ecologia riguarda quindi gli organismi all’interno della porzione della Terra che ospita la vita, ossiaperlaun biosfera. La biologia mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera La biosfera è il sottile strato del nostro pianeta in cui è presente la vita; si tratta di un sistema biologico formato da tutti gli organismi viventi e dall’ambiente fisico-chimico con cui sono in relazione. La biosfera è suddivisa in regioni caratterizzate da condizioni omogenee, dette biomi. La biologia per un mondo sostenibile 1. La biosfera Dal punto di vista fisico-chimico, la biosfera è formata dallo strato inferiore dell’atmosfera, da quasi tutta l’idrosfera e dalla porzione più superficiale della litosfera. Dal punto di vista biologico, comprende tutti gli organismi viventi e presenta vari livelli di organizzazione, che a partire dall’individuo si allargano a comprendere i livelli successivi di popolazione, comunità, ecosistema e bioma, fino a giungere all’intera biosfera. La specie è un insieme di organismi tra loro interfecondi e in grado di dare origine a prole feconda; La popolazione è composta da un gruppo di individui della stessa specie che vive in una certa area; la comunità comprende tutte le popolazioni di specie diverse che occupano una data area; l’ecosistema è il sistema che include la comunità e l’ambiente fisico in cui essa vive; il bioma è una regione della biosfera caratterizzata da condizioni climatiche e paesaggistiche omogenee, che ospitano un La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera Prendendo in considerazione fattori quali la temperatura, le precipitazioni, la composizione del suolo e la presenza di rilievi, sulla Terra sono stati individuati circa 40 biomi, suddivisi in acquatici e terrestri. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi acquatici La maggior parte della biosfera è occupata dai biomi acquatici, che sono stati anche i primi a prendere forma sul nostro pianeta: la vita è infatti comparsa e ha iniziato a evolversi nelle acque per poi colonizzare la terraferma. In base alla concentrazione salina, possiamo distinguere due grandi tipologie di biomi acquatici: i biomi marini e i biomi di acqua dolce. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi marini Quasi tutti i biomi acquatici sono biomi marini (97%), rappresentati in buona parte dagli oceani (Atlantico, Pacifico, Indiano, Artico, Antartico), che coprono circa i tre quarti della superficie terrestre, oltre che da tutti i mari, come per esempio il Mar Mediterraneo e il Marbiomi Questi Nero. sono caratterizzati da una complessa struttura orizzontale e verticale. In senso verticale la suddivisione è invece fatta in funzione della luce, che è il fattore che più condiziona la vita nel mare. In senso orizzontale, si riconosce una zona pelagica di mare aperto, una zona neritica vicina alla costa e più soggetta all’azione dei venti e alle variazioni di temperatura, e una zona intertidale di transizione con la terraferma, dove si alternano l’alta e la bassa marea. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi marini Questi biomi sono caratterizzati da una complessa struttura orizzontale e verticale. Man mano che aumenta la profondità, la varietà e l’abbondanza degli organismi tendono a diminuire: la zona eufotica è ben illuminata e consente lo svolgimento della fotosintesi (0-200m), nella zona afotica la luce penetra con maggiore difficoltà ed è limitata alle lunghezze d’onda del blu, mentre la zona abissale è del tutto priva di luce. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi di acqua dolce Il restante 3% dei biomi acquatici è costituito dai biomi d’acqua dolce, che si trovano in zone delimitate da biomi terrestri. Possono essere suddivisi in tre grandi tipologie. Torrenti e fiumi: sono ambienti di acqua corrente che si sviluppano dai monti, dove nascono dalle sorgenti, fino al mare, dove sfociano. Nel tratto iniziale e a maggiore pendenza, i corsi d’acqua sono più freddi e impetuosi e ospitano animali adattati a queste difficili condizioni: crostacei, insetti, vermi e alcuni pesci, come salmoni e storioni, in grado di resistere alle correnti. Procedendo verso la pianura, i fiumi scorrono più lenti e con un regime più regolare e ospitano un maggior numero di pesci, come tinche, lucci e carpe, uccelli acquatici e invertebrati. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi di acqua dolce Il restante 3% dei biomi acquatici è costituito dai biomi d’acqua dolce, che si trovano in zone delimitate da biomi terrestri. Possono essere suddivisi in tre grandi tipologie. Laghi e stagni: sono ambienti di acqua ferma che si formano in genere lungo i corsi d’acqua, ma possono anche derivare dall’emersione di acque sotterranee o dalla raccolta di acque piovane. Ospitano molte specie animali (come trote, anatre, rane e rospi) e vegetali (come giunchi, canne e ninfee); come per gli oceani distinguiamo una zona di transizione con la terraferma, detta litoranea, e una zona lontana dalla riva, detta limnetica. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi di acqua dolce Il restante 3% dei biomi acquatici è costituito dai biomi d’acqua dolce, che si trovano in zone delimitate da biomi terrestri. Possono essere suddivisi in tre grandi tipologie. Paludi e acquitrini: sono ambienti instabili che possono prosciugarsi occasionalmente e sono spesso ricchi di flora e di fauna. Vi crescono piante erbacee e alcuni alberi adattati agli ambienti umidi, mentre tra gli animali frequentano le zone umide molte specie di vertebrati, soprattutto pesci, anfibi e uccelli acquatici, e una moltitudine di insetti e altri invertebrati. https://ilbolive.unipd.it/it/news/zone-umide-patrimonio-preservare-non-distruggere La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi terrestri I biomi terrestri sono fortemente influenzati dalle condizioni climatiche delle diverse regioni geografiche; tendono perciò a essere distribuiti con una certa regolarità sul pianeta in funzione della latitudine. Ogni bioma è caratterizzato da determinate specie vegetali e animali, e gli animali e le piante che occupano lo stesso bioma in parti diverse del globo mostrano in genere adattamenti simili. Considerando le specie vegetali tipiche e le caratteristiche climatiche e geografiche, si possono riconoscere otto principali biomi terrestri La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi terrestri La tundra è tipica delle alte latitudini (tundra artica) e si trova anche in alta montagna (tundra alpina). Il clima è freddo e rigido, le precipitazioni sono abbondanti e il sottosuolo è perennemente ghiacciato (permafrost). Non sono presenti alberi e la vegetazione è costituita da licheni, muschi, erbe e piccoli arbusti. La fauna è scarsa e comprende buoi muschiati, renne, alci, lepri artiche, volpi artiche, lemming e uccelli, in gran parte migratori. La taiga è un’immensa foresta di conifere che si sviluppa tutto intorno al pianeta, coprendo le regioni settentrionali dell’America del Nord, dell’Europa e dell’Asia. La vegetazione è rappresentata da alberi sempreverdi come pini, abeti e larici. Sono presenti animali come orsi, lupi, linci, cervi, castori, scoiattoli e molti uccelli che vivono tra i rami degli alberi. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi terrestri La foresta temperata decidua è tipica dei climi temperati di tutto il mondo, dove le precipitazioni sono abbastanza abbondanti e le stagioni ben definite. La vegetazione è composta da alberi latifoglie come querce, faggi, castagni e aceri e da un ricco sottobosco. La fauna è abbondante e variegata e comprende animali tipici del bosco, come cervi, caprioli, scoiattoli, volpi e molte specie di uccelli. Sono numerosi anche gli anfibi e gli invertebrati. La macchia mediterranea è diffusa prevalentemente nelle aree costiere del Mediterraneo, dove il clima è mite anche nei mesi invernali e secco in quelli estivi. La vegetazione prevalente è di tipo arbustivo (ginestra, mirto, alloro), tra gli alberi sono presenti querce, pini marittimi, ulivi, agrumi. Gli animali comprendono cinghiali, lepri, falchi, merli, lucertole, serpenti e insetti. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi terrestri La prateria è caratterizzata da vaste aree coperte da piante erbacee (graminacee, trifoglio, achillea), dove in inverno il clima è rigido e in estate è caldo e secco. In Russia e Mongolia è chiamata steppa, in Sudamerica pampa. Sono abbondanti i grandi erbivori come bisonti e antilopi, oltre a lepri e conigli, coyote e volpi, uccelli rapaci, serpenti e insetti. La savana è costituita da ampie aree coperte da graminacee con alberi sparsi, come baobab, acacie ed eucalipti. Il clima presenta un’alternanza di stagioni secche e stagioni molto piovose. È particolarmente diffusa in Africa ed è caratterizzata da una grande varietà e abbondanza di grandi erbivori, come antilopi, zebre, giraffe, elefanti e bufali. Sono presenti anche grandi carnivori come La biologia per un mondo sostenibile ghepardi, leopardi e leoni, oltre a iene e avvoltoi. © 2022 D Scuola SpA - Milano 1. La biosfera I biomi terrestri Il deserto si sviluppa intorno ai 30° di latitudine in entrambi gli emisferi. Il clima è caratterizzato da venti secchi, precipitazioni molto scarse, giornate molto calde e notti fredde. Di conseguenza, il terreno è arido e la poca acqua sotterranea affiora solo in aree limitate (oasi). L’unica vegetazione è rappresentata da cespugli e cactus che incamerano riserve d’acqua. Tra gli animali vi sopravvivono cammelli, dromedari, roditori, rettili, scorpioni e ragni. La foresta pluviale è diffusa nelle aree tropicali ed equatoriali di tutto il mondo. La temperatura calda e le precipitazioni abbondanti rendono la vegetazione molto rigogliosa e folta, con un’enorme varietà di alberi, piante rampicanti e un abbondante sottobosco. Anche gli animali sono estremamente numerosi e variegati e si ritiene che molte specie siano ancora da scoprire; tra gli altri, sono La biologia per un mondo sostenibile presenti giaguari, scim mie, numerosi uccelli, serpenti e rane, © 2022 D Scuola SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche Le relazioni che gli organismi instaurano tra loro e con l’ambiente fisico in cui vivono sono tanto strette da costituire un vero e proprio sistema, che è detto ecosistema. L’ecosistema è un sistema che comprende tutti gli organismi che coesistono in un dato luogo e l’ambiente fisico che li circonda; può essere considerato l’unità funzionale della biosfera. Ogni ecosistema è mantenuto in equilibrio dinamico dalle continue interazioni tra le due componenti che lo costituiscono: la componente biotica, detta biocenosi (dal greco βιος, bíos, “vita” e κοινος, kóinos, “comunanza”), formata dalla comunità di organismi che vivono in un determinato ambiente; la componente abiotica, detta biotopo (dal greco βιος, bíos, “vita” e τοπος, tópos, “luogo”), costituita dalla La biologia per un mondo sostenibile porzione © 2022 di territorio D Scuola che rappresenta l’ambiente chimico e SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche Le relazioni trofiche Le interazioni che si instaurano all’interno degli ecosistemi sono molteplici; tra le più importanti vi sono quelle alimentari, dette anche relazioni trofiche (dal greco τροφικός, trophikos, “nutrimento”). Queste generano un flusso di energia in entrata e in uscita dall’ecosistema e una ciclizzazione della materia tra organismi viventi e mondo inorganico. Ogni ecosistema è caratterizzato da un insieme diverso di organismi, i ruoli alimentari svolti da questi organismi sono sempre riconducibili a categorie ben precise. La suddivisione più ampia è quella tra autotrofi ed eterotrofi: i primi sono in grado di produrre materia organica a partire da sostanze inorganiche; i secondi possono solo consumare la materia organica. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche Livelli trofici Nel contesto delle relazioni trofiche, gli organismi occupano ben precisi livelli trofici. Gli autotrofi rappresentano il primo livello trofico, quello dei produttori Gli eterotrofi vanno a occupare livelli diversi (consumatori primari, secondari, terziari, decompositori) a seconda del tipo di organismi di cui si cibano. Le interazioni tra i vari livelli trofici possono essere rappresentate in modo schematico dalle catene alimentari e dalle reti alimentari. Una catena alimentare è una sequenza semplice e lineare di organismi collegati da relazioni trofiche; si limita quindi a descrivere “chi è mangiato da chi”. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche Catene e reti alimentari In un ecosistema, ogni organismo è infatti cibo per un altro organismo, che a sua volta è cibo per un altro organismo ancora e così via. La complessità delle relazioni trofiche e dei flussi di materia ed energia in un ecosistema sono meglio rappresentate dagli intrecci della rete alimentare. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche reti alimentari La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche reti alimentari La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche Ciclo della materia e flusso di energia Le catene e le reti alimentari offrono una buona descrizione delle interazioni trofiche, ma hanno dei limiti: innanzitutto, i decompositori risultano poco o per nulla Questorappresentati. livello trofico, costituito in prevalenza da invertebrati, funghi e batteri che si nutrono di organismi morti e resti organici, è fondamentale per chiudere il ciclo, trasformando la materia organica in sostanze inorganiche che verranno poi utilizzate dalle piante in un nuovo ciclo della materia. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche Ciclo della materia e flusso di energia La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche Ciclo della materia e flusso di energia Inoltre, le catene e le reti alimentari sono dei modelli qualitativi: non mettono perciò in luce la quantità di materia che fluisce attraverso l’ecosistema passando da un livello trofico all’altro, né descrivono in alcun modo il flusso di energia che percorre la catena dai produttori verso i consumatori dei livelli trofici più alti. Per ottenere una descrizione quantitativa della materia e dell’energia che fluiscono attraverso un ecosistema si utilizza la piramide ecologica, in cui ogni gradino rappresenta un livello trofico. I gradini possono indicare il numero di individui, la biomassa o l’energia corrispondente a ciascun livello trofico, e la dimensione dei gradini è proporzionata all’entità della grandezza misurata. Le piramidi della biomassa e dell’energia sono le più informative, poiché indicano l’effettiva quantità di materia e di energia trasferita da un Esempi di piramide ecologica della biomassa livello trofico all’altro. La biologia per un mondo sostenibile [A], © 2022 D Scuola SpA - Milano dell’energia [B] e dei numeri [C]. 2. Ecosistemi e relazioni trofiche I cicli biogeochimici L’energia che proviene dal Sole fluisce attraverso gli ecosistemi e viene dissipata sotto forma di calore; la materia, invece, viene riciclata di continuo e va incontro a trasformazioni cicliche, i cicli biogeochimici, che interessano le diverse parti della biosfera. I passaggi degli elementi chimici fondamentali per la vita dalle componenti abiotiche degli ecosistemi a quelle biotiche e nuovamente alle componenti abiotiche sono detti cicli biogeochimici. L’intera biosfera è costantemente interessata dai cicli biogeochimici, i quali sono strettamente legati gli uni agli altri e al ciclo dell’acqua (o ciclo idrologico), talvolta considerato esso stesso un ciclo biogeochimico. Tra i cicli biogeochimici più importanti vi sono quelli del carbonio, dell’azoto, dell’ossigeno, dello zolfo e del fosforo. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche I cicli biogeochimici La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 2. Ecosistemi e relazioni trofiche I cicli biogeochimici La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La componente biotica di un ecosistema è rappresentata dalla comunità biologica, ossia dall’insieme delle popolazioni appartenenti a specie diverse che coesistono in una data area e interagiscono in modo diretto o indiretto le une con le altre. Specie differenti possono condividere lo stesso habitat, ma non la stessa nicchia ecologica. Per esempio, la scogliera è l’habitat del cormorano, ma su una scogliera possono vivere anche gabbiani, granchi, paguri, alghe e molti altri organismi. Lo spazio fisico occupato da una o più specie di una comunità è detto habitat, mentre le abitudini, lo stile di vita, il ruolo svolto da ciascuna specie rappresentano la sua nicchia ecologica. Il cormorano e il marangone dal ciuffo vivono nello stesso habitat di scogliera, ma occupano due nicchie ecologiche diverse. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi Struttura della comunità La struttura della comunità è rappresentata dalla sua composizione in specie, ossia dal numero di specie presenti e dall’abbondanza di ciascuna di esse. Questa struttura è determinata dalle nicchie ecologiche occupate dalle diverse specie e dalle interazioni che si instaurano tra gli organismi. Una interazione importante tra individui che occupano lo stesso habitat è quella legata alla competizione per le risorse, che si instaura quando esse sono limitate. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi Tipi di interazione: la competizione La competizione intraspecifica avviene quando più individui di una popolazione sono interessati alla stessa risorsa; per esempio, quando più lupi competono per cacciare caprioli e cervi nelle stesse aree forestali. Può aumentare se la popolazione cresce o se le risorse cominciano a scarseggiare per cambiamenti ambientali La competizione interspecifica avviene quando le nicchie ecologiche di individui appartenenti a specie diverse sono in qualche modo sovrapposte; è per esempio il caso di lupi e linci che predano piccoli ungulati nelle foreste dell’Europa orientale. In questo caso, la competizione può portare a una riduzione delle rispettive nicchie (dette nicchie realizzate) rispetto a quelle che sarebbero le nicchie di ciascuna specie in assenza di competizione (nicchie fondamentali). Se le nicchie arrivano a coincidere, una delle due specie è destinata a scomparire La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano (principio dell’esclusione competitiva) 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi Tipi di interazione Oltre alla competizione esistono anche altri tipi di interazioni, spesso a carattere trofico, tra specie diverse. Uno dei metodi più utilizzati per classificarle considera gli effetti prodotti dall’interazione stessa Tipi di interazione tra individui appartenenti a due specie: l’effetto può essere neutro (0), negativo (–) o positivo (+). La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi Tipi di interazione La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi https://www.raiscuola.rai.it/matematica/articoli/2021/02/Lequazione-di-Volterra-3a28e9b1-2e2c-421c-af92-6193d3b20e0d.html La biologia per un mondo sostenibile https://www.sosmatematica.it/lezione/le-equazioni-di-volterra-lotka/ 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi Dinamica della comunità La dinamica della comunità descrive le variazioni nel tempo e nello spazio della struttura della comunità. Le complesse interazioni tra le componenti biotiche e abiotiche portano a una progressiva evoluzione dell’ecosistema e a un cambiamento graduale della comunità che ne fa parte. L’intera sequenza di cambiamenti, dall’iniziale colonizzazione di una nuova area fino al formarsi di una comunità relativamente stabile, è detta successione ecologica e si sviluppa con un processo a più stadi La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La successione ecologica La successione può essere di due tipi: la successione primaria si verifica quando la comunità si forma per la prima volta, per esempio quando nasce una nuova isola; la successione secondaria si verifica dopo un evento di disturbo che rimuove parzialmente o completamente la comunità presente in un sito, per esempio quando si ripopola un terreno danneggiato L’omeostasi è la proprietà di sistemi, come gli da un incendio. ecosistemi, di contrastare efficacemente un evento che tende ad alterarne l’equilibrio. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La successione ecologica I primi stadi della successione sono in genere caratterizzati da particolari specie vegetali, dette specie pioniere, in grado di vivere in condizioni difficili; si tratta per lo più di piante di piccole dimensioni (licheni e muschi), dal ciclo vitale breve, ma con elevato tasso di riproduzione. Molte specie pioniere vivono in simbiosi con i batteri azotofissatori e in questo modo contribuiscono ad arricchire il terreno di sostanze nutrienti. Tali sostanze saranno utilizzate dalle piante e dagli altri organismi che si insedieranno successivamente, secondo una sequenza ordinata che, alla fine, porterà alla costituzione di una comunità in equilibrio con l’ambiente fisico. Questo stadio, detto climax, rappresenta lo Lastadio biologia per finale dell’evoluzione di un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La successione ecologica L’avvicendarsi di specie che caratterizza la successione ecologica porta a variazioni nella diversità di specie. Quest’ultima è composta da due elementi: la ricchezza, ossia il numero di specie presenti, l’omogeneità, ossia l’abbondanza relativa delle specie. In genere, la diversità tende a essere massima negli stadi intermedi della successione. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La successione ecologica come variano le comunità a seconda della produzione, della respirazione e della struttura? La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La stabilità ecologica Una comunità biologica è stabile se persiste nel tempo, cioè se non subisce significative variazioni che superino le abituali oscillazioni. La stabilità ecologica risulta in particolare dall’equilibrio tra due parametri: la resistenza, ossia la capacità di un ecosistema di resistere alle perturbazioni; Gli la resilienza, ecosistemi ossia la capacità caratterizzati di un ecosistema di tornare all’equilibrio dopo una da fattori perturbazione. ambientali più stabili tenderanno ad avere più resistenza e meno resilienza, mentre gli ecosistemi che subiscono frequenti perturbazioni saranno in genere caratterizzati da una maggiore resilienza e una più bassa resistenza. L’ecosistema di macchia mediterranea, per esempio, presenta una forte variabilità dei fattori ambientali ed è caratterizzato da una forte resilienza: dopo eventi naturali quali incendi, forti La biologia per un mondo sostenibile mareggiate o frane, le specie tipiche ricolonizzano © 2022 D Scuola SpA - Milano 3. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La stabilità ecologica La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione Una popolazione è descritta da parametri quali l’abbondanza (numero di individui), la struttura per età (numero di individui presenti nelle diverse fasce d’età), la densità (numero di individui per unità di area) e la distribuzione nello spazio. Le popolazioni sono elementi dinamici dell’ecosistema e la loro struttura si modifica nel tempo in relazione a vari fattori, riconducibili principalmente alla crescita della popolazione e alla dispersione degli individui La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione La crescita di una popolazione è influenzata da molte variabili che agiscono sulla natalità, sulla mortalità, sull’immigrazione e sull’emigrazione. La dimensione e la struttura della popolazione (abbondanza, struttura per età, densità), quindi, si modificano in base agli incrementi o alle diminuzioni nel numero di individui che la compongono. Capacità di una popolazione di aumentare di dimensione La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione La crescita di una popolazione è influenzata da molte variabili che agiscono sulla natalità, sulla mortalità, sull’immigrazione e sull’emigrazione. La dimensione e la struttura della popolazione (abbondanza, struttura per età, densità), quindi, si modificano in base agli incrementi o alle diminuzioni nel numero di individui che la compongono. Se l’ambiente avesse risorse illimitate e nessun fattore di disturbo, le popolazioni crescerebbero in modo esponenziale (Potenziale Biotico, r). La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione Meccanismi di controllo sulla crescita della popolazione: Variazioni ambientali Risorse limitate (Competizione e Selezione naturale) Self-regulation (il tasso di crescita rallenta proporzionalmente all’aumento degli individui di una popolazione) La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione Una popolazione non può quindi crescere indefinitamente. Le popolazioni che si trovano in condizioni inizialmente favorevoli descrivono una curva di crescita dalla tipica forma a S, modello di crescita logistica. Tale modello è caratterizzato da quattro fasi: 1. una crescita iniziale lenta; 2. una crescita esponenziale; 3. un rallentamento della crescita; 4. una fase in cui termina la crescita e la dimensione della popolazione si stabilizza su un certo valore, questo valore rappresenta la massima densità che quel determinato ambiente può sostenere rispetto alla popolazione considerata ed è chiamato capacità La “carrying portantecapacity” è il numero (Carrying di individui Capacity, K). che possono vivere in un determinato habitat senza compromettere la futura capacità dell’habitat di supportare la vita (è determinato dai fattori limitanti). Quando il numero di individui di una certa popolazione supera la capacità dell’habitat si parla di sovrappopolazione. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione Una popolazione non può quindi crescere indefinitamente. La densità alla quale i due tassi si equilibrano è detta capacità portante (K), alla quale la popolazione si manterrà più o meno costante nel numero di individui La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione In natura, una popolazione animale segue un modello di crescita logistica quando, per esempio, conquista un nuovo habitat ricco di risorse e privo di predatori. I fattori che nel tempo subentrano a limitare la crescita della popolazione possono essere molti. Si dividono in: fattori densità-dipendenti dipendono dal numero di individui di una popolazione (es. riduzione del cibo, diminuzione dello spazio disponibile. fattori densità-indipendenti agiscono in modo indipendente dalla densità (es. un’ondata di freddo estremo o un uragano, arrivo di predatori o parassiti/patogeni). Tutti questi fattori agiscono sui parametri che contribuiscono a regolare le dimensioni La biologia per un mondo sostenibile di una popolazione, ossia natalità, mortalità © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione In conseguenza alla resistenza ambientale, la crescita della popolazione diminuisce appena la densità raggiunge la carrying capacity La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione La popolazione non sarà in uno stato stazionario ma subirà cambiamenti dovuti alle risorse (prede) ed ai predatori La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione Gli organismi adottano strategie diverse, per bilanciare le energie spese per riprodursi rispetto a quelle necessarie per sopravvivere. Si deve cercare (evolutivamente) un compromesso. La strategia r è sfruttata in ambienti instabili da specie in grado di produrre una prole molto numerosa. Si riproducono precocemente nella loro vita Hanno corti tempi di generazione Si possono riprodurre molte volte Hanno molti figli ogni volta che si riproducono Specie opportuniste/generaliste/pioniere e con ridotta capacità di competere. La strategia k è preferita dalle specie longeve con bassi tassi di riproduzione (pochi figli) e presenza di cure parentali. Vivono in La biologia per un mondo sostenibile ambienti stabili. Specie specialiste e con ©alta 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione Queste specie invadono rapidamente ambienti di recente formazione, sfruttandone le risorse, prima che possa instaurarsi competizione con altre specie, quindi si spostano altrove o scompaiono. Fulcro della loro strategia è il loro elevatissimo potenziale riproduttivo (r). La scelta della strategia R significa preferire la “quantità”. La specie impegna le proprie “energie” per mantenere alto il tasso riproduttivo con molti nati che sviluppano rapidamente: il ciclo vitale dell’individuo si esaurisce nel tempo necessario per raggiungere la maturità sessuale e poi riprodursi. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione Specie K - Strateghe Mantengono la popolazione alla carrying capacity (K) vivono a lungo (massima durata della vita) e si riproducono più volte nel corso della loro vita, producendo pochi piccoli di grosse dimensioni, che vengono curati per lunghi periodi La maggior parte della progenie sopravvive fino all’età riproduttiva La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione La distribuzione degli organismi nell’ambiente è detta dispersione e può essere casuale, aggregata o regolare. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi La dinamica di popolazione La distribuzione per età è il risultato dei processi di natalità e mortalità. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 4. Comunità biologiche e interazioni tra organismi Lo studio delle popolazioni I censimenti consentono di studiare le caratteristiche di una popolazione. In alcuni casi il censimento completo permette di riconoscere tutti gli individui di una popolazione. In altri casi gli scienziati utilizzano il metodo di marcatura o di marcatura-ricattura. La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 5. La biodiversità La biodiversità, o diversità biologica, rappresenta la varietà della vita sul nostro pianeta e può essere misurata a livello di: varietà genetica, ricchezza di specie, complessità degli ecosistemi La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 5. La biodiversità La nostra esistenza come specie dipende dalla biodiversità, ossia la varietà della vita sulla Terra. In tutti i rami dell’albero della vita esistono specie a rischio di estinzione, ma i gruppi rappresentati in figura sono quelli colpiti più duramente. Per ciascun gruppo è indicata una specie rappresentativa, in pericolo. https://www.iucnredlist.org/ La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano 5. La biodiversità Biodiversity– ecosystem functioning research: Brief history, major trends and perspectives https://www.sciencedirect.co m/science/article/abs/pii/S00 06320723003117 La biologia per un mondo sostenibile © 2022 D Scuola SpA - Milano L’epoca dell’essere umano: l’Antropocene e i cambiamenti climatici globali L’Antropocene è l’epoca geologica in cui l’uomo ha svolto un ruolo decisivo nell’influenzare il cambiamento climatico. Le attività umane hanno infatti contribuito al surriscaldamento globale (global warming) e all’aumento della temperatura media mondiale causato dalla liberazione nell’atmosfera di gas Il meccanismo dell’effetto serra. a effetto serra (come il diossido di carbonio e il metano). La biologia per un mondo sostenibile L’epoca dell’essere umano: l’Antropocene e i cambiamenti climatici globali Negli ultimi due decenni, a causa dell’aumento delle temperature più accentuato ai Poli, le calotte glaciali della Groenlandia e dell’Antartide hanno subito una drastica riduzione, contribuendo all’innalzamento del livello dei mari. La biologia per un mondo sostenibile L’epoca dell’essere umano: l’Antropocene e l’impronta ecologica globale Uno dei primi indicatori elaborati per misurare la domanda umana delle risorse naturali terrestri è l’impronta ecologica globale. In questa mappa, la dimensione di ogni Paese dipende dalla relativa impronta ecologica: non sorprende che i Paesi più ricchi e quelli più densamente popolati del mondo abbiano anche le impronte ecologiche più marcate. La biologia per un mondo sostenibile  L’epoca dell’essere umano: l’Antropocene e l’impronta ecologica globale Earth Overshoot Day: È il Giorno del Sovrasfruttamento della Terra calcolato ogni anno dal Global Footprint Network utilizzando i dati dei National Footprint e Biocapacity Accounts, indica l’esaurimento ufficiale delle risorse rinnovabili che il Pianeta è in grado di offrire nell’arco di un anno. https://overshoot.footprintnetwork.org/ La biologia per un mondo sostenibile La biologia usa il metodo scientifico La conoscenza scientifica nasce dall’applicazione del metodo scientifico, che cerca di rispondere alle domande e controllare la validità delle ipotesi mediante l’osservazione. La biologia per un mondo sostenibile La biologia usa il metodo scientifico Progettare un esperimento Dimensione del campione sperimentale Quali e quante variabili? dipendente, indipendente, standard Avere un gruppo di controllo interno (+ eventuale placebo) Quantità di dati raccolti: la significatività statistica (probabilità che il risultato non sia dovuto al caso) Formulare una teoria (e successive conferme) La biologia per un mondo sostenibile