lezione 1

Tirocinio Formativo Attivo
Didattica dell’Ecologia
Sandra Pucciarelli
[email protected]
Argomenti del corso:
1- Concetti base di Ecologia
2- Produzione primaria e catena alimentare
3- Dinamica delle popolazioni
4- Biodiversità
Ecologia-definizione
Origine greca:
1-OIKOS = dimora
2-LOGOS = studio di…


Studio dell'ambiente
Ecologia…
Come le cose funzionano
assieme.....
Leveli di organizzazione in ecologia:
Individuo: la più piccola unità in un ambiente: un
organismo appartenente ad una particolare specie.
Livelli, cont.
• Communità: gruppo di differenti
populazioni che vivono insieme in un area
ben definita:
– Ex: carpa e tinca nei fiumi
• Ecosistema: un sistema di diversi organismi
che interagiscono l'uno con l'altro e con i
parametri chimico-fisici dell'ambiente.
• Un ecosistema puà essere grande come il
deserto del Sahara, o piccolo come un
pozzanghera!!!
Gli ecosistemi sono più degli organismi che
contengono: è anche determinato dalla
posizione geografica, fattori climatici,
meteorologici, e geologici.
Che cos'e'?
Esercizio per gli studenti: In ambiente urbano,
catalogare e comparare i tipi di organismi
presenti in habitat specifici (parco, centro,
periferia residenziale, periferia industriale,
etc.).
L’approccio meccanistico è il più semplice per
“quantificare le presenze” ed è utile per introdurre
gli studenti allo studio quantitativo (compresa la
statistica di base).
Concetti basilari: media aritmetica e misura di
variabilità.
• L’approccio consigliato è di semplici esercizi di
conte seguite da calcolo di media e di deviazione
standard.
• Le conte possono basarsi su osservazioni ecologiche
(ad es., quanti uccelli di quante specie sono presenti in
un parco urbano), o su osservazioni di altro tipo.
La media aritmetica: somma delle osservazioni
diviso il numero delle osservazioni:
La deviazione standard è il modo più semplice
di esprimere il grado di variabilità fra le
osservazioni.
• La deviazione standard deriva direttamente
dalla varianza, che quantifica la “distanza” fra
ogni osservazione e la media aritmetica delle
osservazioni:
La radice quadrata della varianza viene poi
estratta per permettere la comparazione
diretta con la media aritmetica, producendo
la deviazione standard:
Biomi: super ecosistemi, ognuno con il suo
clima
Maggiori Biomi:
•
•
•
•
Deserto
Foreste pluviali
Oceani
Taiga
• Tundra
• Chaparral
(macchia
mediterranea)
• Praterie
• Foreste Temperate
Green:Grassland Purple: Taiga Orange:Tundra
Black:Temperate Forrest Yellow:Desert Brown:Chapparal
White:Ocean
Il più grande e completo ecosistema è la
Biosfera:
La parte dell'ambiente che ospita la vita, e include terra,
acqua, aria
La Biosfera
Si estende per 8 km
sopra la superficie
terrestre
Si estende per 11 km sotto la
superficie terrestre
Concetti base di Ecologia
• L'Ecologia è lo studio delle interazioni tra gli
organismi viventi e il loro ambiente.
• Fattori biotici=organismi viventi.
• Fattori abiotici= fattori fisico-chimici di un
determinato ambiente
BIOCENOSI
fattori biotici
BIOTOPO
fattori abiotici
Ecosistema
Fattori abiotici
 Componenti non viventi di un ecosistema







luce
acqua
vento
Nutrienti nel suolo
calore
Radiazione solare
atmosfera, etc.
Eventi speciali:
» incendi
» Uragani
» innondazioni
» Eruzioni vulcaniche
» Tsunami
Luce
Energia
solare
Solar energy
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Organic
matter
Inorganic
matter
Ecosistema acquatico
• Zona fotica
– La luce è sufficiente
per la fotosintesi
– Fino a 100m (o 200 m)
• Zona disfotica
– La luce è troppo
debole per una
efficiente fotosintesi
– twilight zone
– < 5% della luce solare
– Da 100 a 200 m
• Zona afotica
– no c'è luce
La penetrazione della luce
nell'acqua dipende da:
-latitudine,
-stagione,
-ore,
-trasparenza
Solo 1%
della luce
raggiumge i
200m di
profondità
La diversa penetrazione della luce influenza
distribuzione organismi fotosintetici
Posidonia oceanica
Usa radiazioni solari che
raggiungono i 50 m. di
profondità
Le alghe verdi usano le
radiazioni rosse-gialle
(30-40 m di profondità)
le alghe brune:blu-verdi
le alghe rosse: blu (fino
a 200m di profondità)
L' 1% delle radiazioni solari è sufficiente a supportare la vita
negli oceani!!!!!!
Luna
Le maree inflluenzano al distribuzione delle
specie
La luce lunare influenza la riproduzione
I coralli rilasciano I gameti
durante la luna piena
Violin crub (Fiddler crub) mate
only during full moon night
males have an oversized claw or cheliped;
used in clashes of ritualised combat of
courtship over a female and signal their
intentions between conspecifics.
Water
A large body of water can absorb a large
amount of heat from the sun in daytime and
during the summer, while warming only a
few degrees.
At night and during the winter, the warm
water will warm cooler air.
Therefore, ocean temperatures and coastal
land areas have more stable temperatures
than inland areas.
The Earth is over
75% water!
Temperature
Can control distribution, degree of activity, and
reproduction of an organism
Temperature controls the rate of chemical
reactions within organisms, thus their rate of
growth and activity
Temp ranges in ocean between -2° to ca. 40° C
More than 90% of ocean is <5 °C.
Most organism’s are ‘cold-blooded’ or ectothermic.
10oC rise in temperature, doubles the activity
Salinity
Life elements
Carbon (C), nitrogen (N), phosphorous (P) are the
most common ones.
Ther sourse and fate are extremely complex
-e.g. Carbon can be organic or inorganic, solid
(carbonate rocks, shells), gaseous (CO2) or
dissolved (bicarbonate).
The distribution affect life
Cycles of Matter
Matter is recycled within and
between ecosystems.
The Water Cycle Diagram
OSMOSIS
Marine fishes risk
dehydration
Freshwater fishes
risk explosion
Saltwater teleosts:
active tran.
passive diff.
H2O
drink
Na+, Cl-
Na , Cl
Na+, Cl-
Mg++, SO4=
Mg++, SO4=
chloride cells
kidneys
+
-
Cl-- ions come out from the cells
following gradient concentration
sea water
Il cloro fuoriesce seguendo il gradiente di concentrazione
PC
pavement
cell
Cl
Cl- Cl-
Na
Na+
Na+
carrier
internal
PC
+
Na+, Cl-
gut
accessory
cell
+
-
Na+
Cl-
K
chloride cell
+
pump
Na+
Na+ K+ ATPase
mitochondria
tubular system
Freshwater teleosts:
active
passive
H2O
don’t
drink
Na+, Cl-
Na+, Cl-
Ion exchange
pumps; beta chloride cells
water
kidneys
Three Nutrient Cycles every living
organism needs nutrients to survive
1. Carbon Cycle- Carbon is the key ingredient
in living tissues. CO2 in the air, calcium
carbonate in the soil and animal bones.
2. Nitrogen Cycle- Nitrogen builds amino
acids to make proteins. Atmosphere and soil
contain Nitrogen.
3. Phosphorus Cycle- Phosphorus is essential
to living organisms because it forms part of
the DNA and RNA.
The Carbon Cycle
- Carbon is the key ingredient in living tissues. CO2 in the
air, calcium carbonate in the soil and animal bones.
Global Nitrogen
• Nitrogen Fixation- Process of
converting nitrogen gas into ammonia.
Plants can convert this into proteins.
• Denitrification- Process that releases the
nitrogen back into the atmosphere.
Result of decomposition
Nitrogen Cycle
Phosphorus Cycle• Phosphorus is essential to living
organisms because it forms part of the
DNA and RNA.
• See Diagram on the next slides
Biotic factors

Living organisms…



Plants
Animals
microorganisms in soil, etc.

Tundra

Nonliving
 dead organic
matter
 nutrients in the soil
and water.
Producers

green plants

Consumers


Decomposers

Tundra
Caribou
herbivores and
carnivores
fungi and bacteria
It takes Energy!
• All organisms need energy to survive.
The flow of energy through an
ecosystem is one of the MOST
IMPORTANT facts that determine if the
system can sustain life.
We classify based on energy…
• Autotrophs
– Can make their
own food!
(plants)
Also called
PRODUCERS
Heterotroph
Can’t make their
own food.
(animals)
Also called CONSUMERS!
Autotrophs/Producers
• plants, some algae, some bacteria. These
organisms can capture energy directly from the
sun or chemicals and use this energy to
produce their own food. Also called
Producers.
– Photosynthesis- An autrophoph that uses light
energy to power chemical reactions which converts
CO2 and water into O2 and sugars and starches.
• Ex plants
– Chemosynthesis- An autotroph that produces food
in the absence of light. Relies on energy within
chemical bonds of inorganic molecules.
• ex: some bacteria
Heterotophs/Consumers
• Consumers- cannot harness energy directly from
the physical environment.
a. Heteretrophs- Can’t make their own food.
(animals)
1. Herbivores- Animals that eat plants. (cows, deer)
2. Carnivores- Animals that eat other animals
(Snakes, owls)
3. Omnivores- Eat both plants and animals.
(humans, bears)
4. Decomposers- Group of heterotrophs that break
down organic matter. (bacteria/ fungi)
Herbivores
Omnivores
Carnivores
Decomposers and Scavengers
• Decomposers and scavengers break down
dead plants and animals. They also break
down the waste (poop) of other organisms.
Decomposers are very important for any
ecosystem. If they weren't in the ecosystem,
the plants would not get essential nutrients,
and dead matter and waste would pile up.
• There are two kinds of decomposers,
scavengers and decomposers.
Decomposers
Scavengers
hagfish
Vultures
Food Chains
• Food Chain- Series of steps in the
ecosystem in which organisms transfer
energy by eating or being eaten.
Food Webs
• Food Web- Network of interactions that
link all the food chain in an ecosystem.
• Tropic Level- Each step in a food chain.
Producers make up the first level,
consumers make up the higher levels.
Each level depends on the lower level
for energy.
What is Ecology?
The Scientific study of interactions
among & between organisms and
their environment.