Ecosistema: l’unità fondamentale dell’ecologia

L’Ecologia è una scienza empirica qualitativa e da poco tempo anche quantitativa. Il termine ecologia deriva da oikos che significa casa, la casa come un ecosistema è confinata dal resto dell’ambiente e dall’universo, la casa tramite le mura, un ecosistema presenta confini fisici più o meno definiti. All’origine della vita ci sono i confini, una cellula presenta un confine che la definisce rispetto all’ambiente circostante. Si pensa che l’organismo primordiale fosse addirittura un semplice confinamento (forse di ferro) di una parte di ambiente dal resto. La teoria del brodo primordiale non è una teoria efficace perché il materiale messo assieme casualmente non crea la vita, la vita è un flusso di energia.

Per Russel la vita si è creata dalla trasformazione del carbonio inorganico in formaldeide (CH2O). L’ecologia studia la captazione, trasformazione e ridistribuzione alla comunità biologica dell’energia. Le fonti principali di energia sono l’energia luminosa e l’energia proveniente dalla materia organica (come ad esempio il rifiuto composto da materiale fogliare). L’energia luminosa ad esempio viene captata dalle foglie e trasformata in energia fruibile alla pianta stessa e a tutta la comunità biologica.

L’ecosistema è un sistema aperto (in ecologia parliamo solo di sistemi aperti) complesso. Non è possibile creare una simulazione di un sistema complesso perché ad esempio già solo il calcolo del numero massimo di interazioni possibili in un sistema di 10 componenti è di circa 3 milioni (si utilizza il calcolo fattoriale 10*9*8…=10!). Un sistema aperto complesso ordinandosi muove l’entropia fuori dal sistema aumentando il disordine nell’universo (paradossalmente ordinandosi crea disordine).

Altri concetti fondamentali per l’ecologia sono le proprietà emergenti: non riconducibili alla somma delle proprietà dei componenti del sistema e le proprietà collettive riconducibili ai componenti. O meglio si forma un sovrasistema con proprietà uniche nuove generate dalla sinergia, dalle relazioni tra i componenti, che non sono ascrivibili ai singoli componenti. Le proprietà collettive invece sono proprietà riconducibili ai componenti che troviamo anche nel sovrasistema. Lo sviluppo di un organismo è un continuo di emergenze.

Gli Ecosistemi

L’ecosistema è l’unità fondamentale dell’ecologia. In un ecosistema troviamo:

  • lo spazio fisico
  • un confine più o meno definito
  • una comunità biologica
  • flusso di energia
  • Materiali e nutrienti C H O P (per nutrienti in ecologia si intende materiale inorganico)

Il carbonio inorganico si trova in tre forme: l’anidride carbonica, bicarbonato (nell’oceano) e il carbonato.

Diagramma compartimentale

Nel diagramma compartimentale troviamo:

  • la fonte di energia rappresentata dal cerchio E. Si trova all’esterno dell’ecosistema, di solito è l’energia solare ma non sempre
  • confini, lo spazio che definisce un ecosistema con un confine fisico, un riquadro
  • variabili di stato: recettori del flusso di energia, la comunità biologica
  • energia rappresentata dalle frecce

Il flusso energetico non è necessariamente unidirezionale. Il flusso può uscire dall’ecosistema ma non uscire o far uscire più energia di quella che entra portando all’estinzione dell’ecosistema. L’estinzione in ecologia è puramente un discorso energetico.

Possiamo trovare un anello di retrocontrollo che indica la capacità di influenzare (accettore o inibitore) una catena di reazione, inibendo o favorendo una reazione precedente. Quando si tratta di inibizione è anche detto retrocontrollo negativo.

anello di retrocontrollo
Questa immagine raffigura il retrocontrollo positivo e negativo (non è un diagramma compartimentale).

Per respirazione del suolo si intende la risultante della produzione di CO2 ad opera degli organismi del suolo. Il suolo può essere considerato un ecosistema a sé stante che si trova dentro altri ecosistemi (suolo + troposfera). Per sequestro di Carbonio si intende la trasformazione di carbonio inorganico in carbonio organico (es. fotosintesi).

La comunità biologica è divisa in produttori e consumatori. I produttori captano l’energia proveniente dall’esterno dell’ecosistema e la rendono fruibile a sé stessi e ai consumatori. I produttori generalmente sono piante terrestri ma non solo. Parliamo quindi principalmente della reazione: 2→6126. Negli ambienti marini invece il carbonio organico viene prodotto a partire dal bicarbonato HCO3. I produttori principali dell’oceano sono le alghe unicellulari.
La fonte di energia esterna può essere fisica o chimica. Esistono ecosistemi naturali in cui l’energia proveniente dal sole vale l’1% dell’energia entrante, non perché non ci sia luce ma perché mancano gli accettori. Ad esempio nell’ecosistema di fiume montano la principale fonte di energia è rappresentata dalle foglie che cadono nel fiume e forniscono sostanza organica.

Un esempio di ecosistema non naturale è la città.

Riciclo

In Ecologia riciclo, rifiuto e detrito sono sinonimi. Possiamo definire l’ecologia come lo studio dei processi che permettono il ricircolo degli elementi fondamentali (da qui l’aggettivo ecologico associato al riciclaggio). Il riciclo è forse il fenomeno meno evidente ma predominante negli ecosistemi.

In un ecosistema abbiamo due tipi di relazioni trofiche (energetiche):

  • Dirette, fagotrofiche, erbivori che mangiano autotrofi e vari “anelli” di carnivori fino ad arrivare al predatore finale (es. uomo o squalo) che compongono la catena alimentare
  • Indirette, energia captata dagli eterotrofi tramite materia organica proveniente dall’esterno o dalla morte di elementi interni, quindi un riciclo della sostanza organica.

Le relazioni trofiche indirette sono le più numerose e per lo più si tratta di decomposizione del materiale fogliare. Il pascolo, l’erbivoria diretta, costituisce solo il 10% delle relazioni trofiche. Il 90% dell’energia proviene dalla sostanza organica in decomposizione è quindi il motore dell’ecosistema.

Fonte: Elementi di ecologia, di Thomas M. Smith e Robert L. Smith. Pearson editore.

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