Meteorologia e climatologia II - Custodia del territorio

GUIDA NATURALISTICA
La Lomellina, agricoltura e natura come conoscenza
I fattori abiotici
e gli organismi
Daniele Paganelli
Dipartimento di Scienze della Terra e dell’Ambiente
Università di Pavia

I fattori abiotici
Temperatura
Acqua – Umidità
Luce
Nutrienti
Ossigeno
pH
2

FATTORI ABIOTICI
PER OGNI ORGANISMO L’AZIONE DEI FATTORI AMBIENTALI
SOTTINTENDE RISPOSTE FISIOLOGICHE E ADATTATIVE
DIVERSE DIFFICILE GENERALIZZAZIONE
E’ PERO’ CERTO CHE UN NUMERO LIMITATO DI ESSI
SVOLGE UN RUOLO FONDAMENTALE UNIVERSALE PER
PIANTE E ANIMALI
In ecologia è poco obiettivo parlare di fattori singoli si ha
sempre a che fare con interazioni di diversi fattori
3

I FATTORI ABIOTICI DEVONO ESSERE CONSIDERATI COME:
Sincronizzatori di ritmi endogeni
Induttori diretti o indiretti di ritmi esogeni
I BIORITMI SONO SINCRONIZZATI DALLE VARIAZIONI CICLICHE
DELL’ENERGIA RICEVUTA DAGLI ECOSISTEMI:
VARIAZIONI TERMICHE
VARIAZIONI DI ILLUMINAZIONE comportano:
۰Variazioni nella ripartizione spaziale degli organismi
۰Variazione nella attività degli organismi
۰Variazioni nella produttività biologica
secondo periodicita’ giornaliere e stagionali.
4

DIVERSE ATTIVITA’ FISIOLOGICHE IN MOLTE SPECIE
HANNO UNA PERIODICITA’ NICTEMERALE
I meccanismi che inducono questi fenomeni sono detti
OROLOGI BIOLOGICI (con meccanismo endogeno)
RITMO CIRCADIANO = processo biologico ritmico a controllo
endogeno il cui periodo medio è di 24 ore
LUCE = elemento sincronizzatore
5

RITMI CIRCADIANI NELL’UOMO:
ALTERNANZA VEGLIA/SONNO (si basa su un meccanismo
interno poco superiore alle 24 ore)
RITMO DI TEMPERATURA INTERNA
RITMO DI ATTIVITA’ CORTICO-SURRENALE
Si preferisce riservare il termine di NICTEMERALE per i
fenomeni biologici che si svolgono seguendo la successione
giorno/notte
ES: ritmi nictemerali di umidità, temperatura, pH, di gas
disciolti nell’acqua
6

RITMI A PERIODICITA’ ANNUALE NELL’UOMO:
•funzionamento cardiaco
•Composizi\one del sangue (pH, tenore Hb e
proteine plasmatiche max in estate)
•Ritmi stagionali di sensibilità alle malattie
•Deriva stagionale nel ritmo circadiano di
escrezione dell’H 2O e del K
7

FOTOPERIODISMO
Ritmo stagionale di piante ed animali, basato su una valutazione
precisa delle variazioni di durata del giorno e della notte durante
l’anno.
ES: ۰canto degli uccelli sempre all’alba
۰migrazione degli uccelli
۰diapausa negli invertebrati
۰fioritura e caduta delle foglie
Piante LONGIDIURNE fioriscono in primavera
Piante BREVIDIURNE fioriscono in autunno
E’ la lunghezza del periodo senza luce che stimola le reazioni:
l’interruzione di notti lunghe con brevi periodi di luce impedisce
la fioritura in piante brevidiurne, mentre l’interruzione del giorno
con brevi periodi di oscurità non sembra abbia effetto. 8

Fattori limitanti
e
Valenza ecologica
9

SISTEMI ECOLOGICI
AMBIENTE FISICO
Fattori ABIOTICI: gravità, pressione,
temperatura, luce, acqua, sostanze
inorganiche nel suolo,…
Fattori BIOTICI: organismi viventi,
che utilizzano energia per vincere le
forze fisiche esterne
FATTORE LIMITANTE
Un fattore ecologico essenziale per la vita svolge un ruolo
LIMITANTE quando è assente o è sotto un minimo limite
critico, oppure quando eccede il massimo livello tollerabile
10

LEGGE DEL MINIMO (Liebig, 1840)
Lo sviluppo di un organismo è condizionato dal meno
abbondante dei fattori essenziali.
Es.: Zn molto raro nel suolo, richiesto in quantità
piccolissime, ma indispensabile.
LEGGE DELLA TOLLERANZA (Shelford, 1913)
Un fattore può essere limitante anche quando è presente
in eccesso
Es.: eccesso di O 2 inibisce la fotosintesi.
11

LEGGE DELLA TOLLERANZA
12

LEGGE DEL MINIMO APPLICATA AGLI STADI DEL CICLO
VITALE
I limiti di tolleranza variano al variare degli stadi del ciclo
vitale:
LIMITI PIU’ RISTRETTI negli STADI BIOLOGICI PIU’
SENSIBILI (riproduzione, uova, larve, germogli, …)
Sono questi stadi che determinano la presenza/assenza di
una specie in un ambiente
Es.: riproduzione ancora legata ad un ambiente acquatico,
per piante (PTERIDOFITE) ed animali (ANFIBI) già terrestri.
13

COROLLARI DELLA LEGGE DELLA TOLLERANZA
1) Gli organismi possono avere un intervallo di tolleranza ampio
per alcuni fattori e limitato per altri
2) Se per una specie le condizioni non sono ottimali, per un
fattore ecologico, i limiti di tolleranza possono ridursi anche
per altri fattori ecologici. Es.: se nel terreno l’N è limitante, si
riduce la resistenza delle piante alla siccità
3) INTERAZIONE dei FATTORI: l’intervallo di tolleranza relativo a
un fattore può essere influenzato da altri fattori. Es.: alcune
piante hanno una < richiesta di Zn quando crescono all’ombra
4) Gli organismi con ampi intervalli di tolleranza per tutti i fattori
sono probabilmente quelli più ampiamente diffusi
14

Dal concetto di fattore limitante deriva quello di valenza
ecologica, tanto più ampi sono i limiti di tolleranza tanto
maggiore è la capacità di una specie di saturare ambienti
differenti, cioè di accettare diverse condizioni ecologiche.
EURIECIA – STENOECIA
Specie EURIECIA: ad alta valenza ecologica (intervallo di
tolleranza ampio)
Specie STENOECIA: a bassa valenza ecologica (intervallo di
tolleranza limitato)
15

TEMPERATURA: euriterma – stenoterma
ACQUA: stenoidrica – euriidrica
SALINITA’: stenoalina - eurialina
CIBO: stenofaga – eurifaga
CAPACITA’ ESPANSIVA NELLA BIOSFERA: stenotopa – euritopa
Specie UBIQUITARIE (Es. Musca domestica)
Specie STENOECIE possono essere EURITOPE:
Crostaceo Artemia salina negli
ambienti sovrassalati di tutto il
mondo
Specie EURIECIE possono essere STENOTOPE:
Es.: Mammiferi con alta valenza ecologica, ma areale di
distribuzione limitato (relativamente alla loro mole), es. tundra
steppa.
16

VALENZA ECOLOGICA DELLA SPECIE è la somma dei diversi
optimum di tolleranza
Si parla di “RAZZE ECOLOGICHE”; nel caso in cui non sia
dimostrabile alcuna differenza genetica, è preferibile parlare
“GRUPPI ECOLOGICI” o “GRUPPI FISIOLOGICI”.
17

Temperatura nell’aria
19

La T dell’aria diminuisce in funzione dell’altitudine, secondo un
gradiente che da 0,4 a 0,7°C per ogni 100 m di altezza.
Oltre che dall’altitudine la T dell’aria è profondamente
influenzata:
dai rilievi
dalla pendenza
dall’esposizione della stazione
La T dell’aria è uno di quegli elementi che determinano CLIMA
20

Importanza dei microclimi
21

INFLUENZA DELLA TEMPERATURA SULLA SUCCESSIONE
LATIDUNALE E LONGITUDINALE DELLE FITO E ZOOCENOSI
Altri fattori ecologici intervengono a modificare la regolarità
delle risposte - umidità
- tipo di substrato
A parità di latitudine assume importanza l’orografia con le
variazioni ad essa legate
A parità di orografia assumono importanza:
- l’esposizione
- la vicinanza dei mari
- il regime dei venti
il complesso dei
monti e delle
catene montuose
di una regione o
di una parte della
superficie
terrestre.
A parità di latitudine e orografia assume importanza
(soprattutto per gli organismi vegetali) la roccia madre e il tipo
di suolo
22

INVERSIONE TERMICA
In estate l’aria a contatto con il suolo si riscalda e risale
creando una circolazione d’aria calda e fredda. D’inverno
l’aria fredda non più riscaldata dal suolo non riesce a risalire
in quota ed in assenza di vento, se l’ambiente è umido forma
nebbie e smog.
ARIA FREDDA
IN QUOTA
SUOLO
ESTATE
SUOLO
INVERNO
NEBBIE
E SMOG
ARIA CALDA
ARIA FREDDA
23

La temperatura di un corpo è il suo stato termico considerato
in rapporto alla sua capacità di trasmettere calore ad altri
corpi.
E’ il fattore ecologico fondamentale perché:
Correlato direttamente con tutti gli altri fattori
L’organismo vivente è una macchina termica
I limiti della vita coincidono con un intervallo di temperatura
molto ristretto: da -200°C a + 100°C
Batteri 90°C
Ditteri Ephydridae 60°C
25

una temperatura di 50°C è considerata il limite superiore per
la vita attiva della maggior parte degli animali e vegetali
- il limite inferiore non scende molto al di sotto degli 0°C per
gli organismi vegetali e per gli animali pecilotermi.
Il limite si abbassa per particolari stadi di vita inattiva
(spore, cisti, semi, etc.)
Es. spore di Rotiferi fino a -273°C
Alcune piante legnose e certe
larve di insetti sopravvivono a t
comprese tra -10°C e -30 con
formazione di ghiaccio
all’interno dei loro corpi
26

Fusione carbone 3500
Fusione platino 1755
Fusione Alluminio 658,7
Ebollizione dell’acqua 100
260 Sopportata dall’uomo se pesantemente vestito
115 Tollerata dall’uomo con la faccia esposta per max 25 min
93 Tollerata dall’uomo per diverse ore (clima secco ventilato)
T di un suolo roccioso di un deserto nord americano 88 88 Presenza di alghe nelle sorgenti calde
T superficiale di un suolo sabbioso desertico (Sudan) 85
T max dell’aria (Etiopia 1922) 58
T max della superficie dei bassi fondi costieri 42
T media superficiale del Mar Rosso 30-35
T media superficiale in prossimità dell’equatore 27,5
Solidificazione dell’acqua 0
T media della superficie dell’Oceano Antartico -1,33
T minima sul fondo dell’Antartico -1,65
Solidificazione dell’acqua di mare in superficie
(35‰)
-1,87
T minima registrata (Siberia, 1892) - 68,5
50 Sopravvivenza di alcune pesci nelle sorgenti calde
46 Morte degli insetti (denaturazione delle proteine)
43 Media delle temperature letali per le scimmie
37 Temperatura media dell’uomo
22 Temperatura minima per la sopravvivenza dei coralli
16 Limite superiore della zona di equilibrio termico del bestiame
-62 Limite inferiore osservato per la riproduzione del pinguino
27

attività (crescita)
SPECIE EURITERME hanno un ampio intervallo di tolleranza nei
confronti della T
SPECIE STENOTERME hanno un intervallo di tolleranza ristretto;
optimum, maximum e minimum sono molto ravvicinati
- organismi microtermi il loro ristretto intervallo di
tolleranza si colloca verso basse temperature
-organismi megatermi stenotermi che necessitano di
temperature costantemente elevate
stenoterme euriterme stenoterme
(microterme) (megaterme)
min Max min Max
28
temperatura

Le specie che seguono una successione latitudinale possono essere
raggruppate in ampie categorie con esigenze termiche decrescenti
Specie MEGATERME
(tropici ed equatore)
Specie MACROTERME
(subtropici fino al Mediterraneo)
Specie MESOTERME
(zone temperate calde e medio-calde)
Specie MICROTERME
(zone temperate fredde fino zone sub-polari)
Specie ECHISTOTERME
(artico e antartico)
Stenoterme
Euriterme 29

I veri fattori termici limitanti sono gli scarti ovvero
l’ampiezza termica.
Es. per specie mesoterme una media di 15°C risultante da 10 e
20°C è meglio sopportata rispetto ad una risultante da +35 e -
5°C
Temperatura ottimale: T alla quale lo sviluppo e le reazioni
metaboliche si svolgono nel migliore dei modi
Temperatura di inattivazione: precede la temperatura letale e
ne costituisce una premessa necessaria e sufficiente
Temperatura letale: T limite che coincide con la morte
dell’organismo (>50% organismi muore)
0 ecologico la più bassa temperatura esterna alla quale
l’organismo può ancora svolgere le sue funzioni vitali
30

Range di temperatura ottimale per una specie di acqua
calda ed una di acqua fredda
eggs
feeding
growth optimum
Salmo trutta
stress stress
lethal lethal
stress stress lethal
feeding
Cyprinus carpa
growth optimum
0 10 20 30 40
temperatura
31

LE VARIAZIONI TERMICHE E GLI
ORGANISMI
Variazioni delle funzioni metaboliche
Variazioni delle funzioni di sviluppo
cicli vitali diversi
epoca delle nascite
quiescenza e diapausa
numero di generazioni
Variazioni delle funzioni di riproduzione
tipo di riproduzione agamica
anfigonica
partenogenetica
cicli sessuali
Variazioni delle reazioni comportamentali
32

Esempi di influenza della temperatura sul comportamento degli animali:
a) Tempo di reazione del riflesso all’ombra in Balanus improvisus in
funzione di T
b) Durata della reazione (dilatazione della membrana opercolare) in Betta
splendens sotto lo stimolo con zimbelli di intensità (1) e minore (2), in
funzione della temperatura 33

PECILOTERMIA
la temperatura corporea segue con poche differenze quella
esterna.
Sono anche detti ectotermi, perché acquisiscono il calore all’ambiente esterno
Accelerazione dei processi biologici ad alte t esterne
Rallentamento fino all’arresto di ogni funzione a basse t ambientali
SVANTAGGIO: variazioni della velocità dei processi biologici fino a
completo arresto dell’attività
VANTAGGIO: sopravvivenza a basse t per periodi anche prolungati con
consumi energetici ridotti
34

ETEROTERMIA
usato come sinonimo di pecilotermia, più correttamente
dovrebbe riferirsi a quegli animali che regolano la temperatura
corporea a seconda delle situazioni ambientali e dei bisogni
metabolici
35

OMEOTERMIA
La temperatura corporea viene mantenuta elevata e pressoché costante anche
quando varia quella dell’ambiente esterno
Gli omeotermi sono anche detti endotermi, perché producono il calore dall’interno
• Incremento del tasso metabolico e migliore isolamento termico
SVANTAGGIO: il mantenimento della t interna costante risulta energeticamente
molto dispendioso e richiede, soprattutto a basse t l’ingestione di una grossa
quantità di cibo
VANTAGGIO: rende possibile un’attività costantemente elevata sia alle basse, sia
alle alte t
36

REAZIONI A CONDIZIONI TERMICHE SFAVOREVOLI
MIGRAZIONI
IBERNAZIONE
ESTIVAZIONE
DIAPAUSA (obbligatoria)
QUIESCENZA (transitoria)
Risultati di un’evoluzione specifica
caratteristica di organismi che vivono in
habitat analoghi
37

REAZIONI A CONDIZIONI TERMICHE SFAVOREVOLI
MIGRAZIONI = spostamenti orientati da una regione ad
un’altra con un’andata ed un ritorno
•Tale reazione può essere attuata solo da organismi mobili e non può
quindi essere sfruttata dalle piante
• Non sono influenzate solo dalla temperatura, ma soprattutto dal
fotoperiodo (h luce/h buio).
•Sono attuate da animali impossibilitati a limitare il loro periodo di vita
38
attiva ad una stagione calda troppo breve

IBERNAZIONE
Soluzione per pecilotermi e anche omeotermi, la cui vita
attiva non è limitata ad un’unica stagione, che restano sul
posto e non hanno la possibilità di trascorrere l’inverno allo
stadio di uovo o cisti.
Lo stato di ibernazione è preceduto da:
- fenomeni fisiologici

Il «LETARGO» degli orsi
Particolare forma di sonno
invernale dal quale si
risvegliano facilmente.
Non vanno in ipotermia
estrema ma lasciano che la
temperatura corporea
diminuisca di pochi gradi.
Durante il letargo gli orsi non
mangiano ma mantengono
un metabolismo quasi
normale
40

ESTIVAZIONE
E’ una reazione simile all’ibernazione che si manifesta in animali che vivono
in regioni in cui l’estate è particolarmente calda e secca.
E’ preceduta dalle stesse reazioni che accompagnano l’ibernazione:
- reazioni fisiologiche
- ritiro in rifugi
Resistenza alle alte temperature negli omeotermi
Riduzione del metabolismo di base
Trasferimento del calore alla periferia del corpo per vasodilatazione
periferica
Aumento della traspirazione e conseguente perdita di calore per
evaporazione dell’acqua
Aumento della frequenza di respirazione
41

SOSTANZE
NUTRITIVE
IBERNAZIONE ED ESTIVAZIONE NEI MAMMIFERI
ESSICAZIONE SOSTANZE
NUTRITIVE
STIMOLI
ACCUMULO GRASSI
CO 2 SANGUE
STIMOLI
ORMONALI
ESTIVAZIONE ED IBERNAZIONE SONO IL RISULTATO DI UN’EVOLUZIONE
CONVERGENTE CHE AVVICINA ORGANISMI FILOGENETICAMENTE
LONTANI MA CON ANALOGIE DI HABITAT
42

DIAPAUSA
fase di vita rallentata a carattere obbligatorio caratteristica
degli invertebrati e determinata dall’insorgere di condizioni
ecologiche sfavorevoli. E’ necessaria al normale svolgimento
del ciclo vitale.
Particolarmente studiata negli insetti dove è preceduta da una
complessa preparazione fisiologica:
- arresto dei processi mitotici
- disidratazione dei tessuti
- rallentamento della respirazione
- abbassamento del metabolismo energetico
- aumento del tenore di lipidi
E’ innescata per via umorale da stimoli ambientali che
preannunciano un deterioramento delle condizioni climatiche,
in particolare dalla diminuzione del fotoperiodo e può
verificarsi allo stadio di uovo, nella larva o nell’adulto. 43

SIGNIFICATO ADATTATIVO
- permette la sopravvivenza durante il periodo meno
favorevole
- sincronizza il ritorno alla vita attiva + la ripresa dello
sviluppo + la ripresa dell’attività sessuale con il ritorno di
condizioni termiche e nutrizionali ottimali
Fornisce la sopravvivenza della specie e assicura il tasso di
fertilità più elevato possibile 45

QUIESCENZA
stato di riposo transitorio, caratteristico degli invertebrati,
imposto dalle condizioni esterne e immediatamente
reversibile al ritorno di condizioni ambientali favorevoli.
Es. I bombi possono riprendere
la loro attività durante l’inverno
in coincidenza di periodo
eccezionalmente caldi.
E’ un fenomeno di origine esogena direttamente provocato
dalle variazioni termiche dell’ambiente; si contrappone alla
diapausa che è solo sincronizzata da queste condizioni 46

Orizzonte A
Orizzonte B
Orizzonte C
Roccia madre
Lettiera 0
Strato A 1 = humus
Strato A 2= lisciviazione-radici
B1 la sostanza organica continua a
diminuire ed aumentano i
minerali secondari
B2
costituito dai sali minerali secondari
substrato pedogenetico di partenza dal
quale ha avuto origine lo sviluppo del
suolo
47

La temperatura del suolo diminuisce con la profondità ed è
funzione della:
Conduttività termica, risultante della conduttività termica
dei singoli costituenti
Capacità termica, determinata da:
contenuto in acqua
colore
struttura
48

La temperatura del suolo è anche influenzata da:
Esposizione
Copertura vegetale
Lettiera
Anche nel suolo si stabilisce una zonazione termica
In climi temperati: strati superficiali più caldi in estate e più
freddi in inverno
La stratificazione può variare e si possono verificare
fenomeni di inversione termica
49

La temperatura svolge in questo ambiente il ruolo di
fattore biogeografico fondamentale
L’acqua ha un alto calore specifico: richiede una quantità
di calore per innalzare la temperatura maggiore rispetto
ad ogni altra sostanza esistente sulla terra;
analogamente impiega più tempo a raffreddarsi.
Sia nei mari sia nei laghi non esistono temperature troppo
alte o troppo basse per l’esplicarsi della vita.
La temperatura acquatica non scende mai al di sotto del
punto di congelamento:
- in stagni e piccoli bacini mai al di sotto di 0°C
- negli oceani fino a -2,5°C
51

IN MARE
Negli strati superficiali la temperatura oltre a variare con la
latitudine segue ritmi stagionali e cicli diurni
Negli strati profondi è stabile: a 3000 m è di circa 3°C. Gli
organismi abissali sono infatti stenotermi.
52

NELLE ACQUE INTERNE
Il rapporto tra densità dell’acqua e temperatura determina qui fenomeni di
stratificazione termica
TERMOCLINO strato che separa le acqua superficiali sottoposte più direttamente
alle variazioni termiche stagionali e nictemerali dell’aria, dalla zona più profonda
termicamente più stabile
53

REGIME MEROMITTICO
In un lago temperato la variazione verticale della temperatura da luogo:
Stratificazione termica diretta in estate esiste una diminuzione della t
con l’aumento della profondità
Stratificazione termica inversa in inverno gli strati superficiali sono i più
freddi e spesso gelano mentre in profondità si può avere un aumento della
t nell’ipolimnio
54

REGIME OLOMITTICO
Periodo di circolazione durante primavera e autunno le differenze di t e densità
tra ipo ed epilimnio si annullano e si ha un rimescolamento di tutta la massa
d’acqua.
Conseguenza indiretta delle variazioni di temperatura è anche la formazione di un
chemioclinio in seno al mesolimnio che separa masse d’acqua con caratteristiche
chimiche (concentrazione di O 2) differenti
55

E’ il composto più abbondante nella materia vivente ed è il
composto più abbondante sulla terra
L’acqua passa continuamente da un comparto all’altro per
effetto dei processi di deflusso, evaporazione, condensazione
e fusione.
Assieme alla temperatura, l’acqua è il più importante
determinante del clima; la disponibilità di acqua influenza
fortemente la distribuzione della vegetazione e controlla la
produzione primaria
57

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

L’acqua è il costituente principale dei tessuti animali e
vegetali sia in ambiente acquatico sia terrestre:
foglie 75,85%
tronco 50-60%
medusa 95-98%
mammiferi 63-68%
lombrico 84%
insetti adulti 45-65%
59

Il contenuto in acqua dei tessuti animali e vegetali
diminuisce con l’età
72,5% 66%
Per gli organismi terrestri i problemi fondamentali sono:
approvvigionamento idrico
la difesa contro le perdite di acqua
La perdita del 1/3 dell’acqua corporea può causare la morte
60

ORGANISMI IDROFILI
ORGANISMI IGROFILI
61

ORGANISMI MESOFILI
ORGANISMI XEROFILI
62

APPROVIGIONAMENTO IDRICO
Gli animali possono rifornirsi di acqua in diversi modi:
1) Per ingestione diretta
2) Assorbendola attraverso la pelle nuda a contatto con materiali
umidi come suolo e piante
3) Direttamente dal cibo
4) Producendola per via chimica (attraverso l’ossidazione dei grassi)
nel corso del ciclo metabolico.
I metodi di rifornimento idrico svolgono un ruolo fondamentale nella
distribuzione geografica degli organismi.
La maggior parte degli animali non è in grado di utilizzare l’acqua
allo stato solido; gli organismi si vengono a trovare in mezzo a
distese di acqua cristallizzata in uno stato di aridità fisiologica
63

REGOLAZIONE TERMICA
Il passaggio dell’acqua dallo stato liquido allo stato gassoso
comporta un assorbimento di calore e rappresenta un mezzo per
ridurre le temperature locali.
Dato che i tessuti vegetali ed animali hanno un elevato tenore in
acqua, la loro capacità termica è molto vicina a quella dell’acqua
stessa, ciò costituisce un efficace mezzo di termoregolazione.
Nei mammiferi la regolazione termica avviene in diversi modi a
seconda delle possibilità di traspirazione:
specie in grado di traspirare
> t ambiente > ritmo cardiaco attivazione circolazione
periferica raffreddamento del corpo la frequenza cardiaca
può diminuire
specie non in grado di traspirare
>t ambiente vasocostrizione periferica riduzione degli
scambi con l’atmosfera surriscaldata aumento della frequenza
respiratoriaaffanno da caloreaumento degli scambi respiratori
64

DIFESE CONTRO LA DISIDRATAZIONE
Gli accorgimenti messi in atto consistono principalmente in:
1) Evitare perdite d’acqua a livello di:
A - tegumenti
B - organi respiratori
C - organi escretori
2) Sviluppare forme di resistenza in ambienti favorevoli
3) Spostamenti
4) Adattare il proprio metabolismo alla sintesi dell’acqua
5) Prelevare acqua dall’ambiente esterno
65

A – IMPERMEABILITA’ DEI TEGUMENTI
Particolarmente sviluppata in Sauropsidi e Mammiferi; molto
meno negli anfibi che hanno tegumenti permeabili
Comparazione del tasso di evaporazione di alcuni Vertebrati di taglia simile,
sottomessi alle stesse condizioni di umidità e di temperatura ambientale
Tra gli invertebrati sono soprattutto gli insetti ad avere tegumenti poco
permeabili e che hanno sviluppato forme decisamente xerofile 66

B - LOCALIZZAZIONE INTERNA DEGLI ORGANI RESPIRATORI
E’ presente in alcuni Crostacei Decapodi “terrestri” che grazie
ad un carapace impermeabile, che copre anche lo spazio
branchiale, riescono ad effettuare spostamenti relativamente
prolungati lontani dall’acqua. Le branchie funzionano però solo
quando totalmente ricoperte dall’acqua.
Periophthalmus Procambarus clarkii
Solo insetti, aracnidi, alcuni gasteropodi prosobranchi, i
polmonati e i vertebrati superiori hanno sviluppato organi
respiratori veramente interni.
67

C – ADATTAMENTI NEI MECCANISMI DI ESCREZIONE
La capacità di concentrare l’urina per eliminare
prodotti catabolici sempre più secchi è un importante
mezzo per risparmiare acqua.
Gli organismi animali espellono tali cataboliti sotto
varie forme, ma con predominanza di una in
particolare: questa dipende dalla specie, dallo stadio
vitale e dalle condizioni fisiologiche.
68

ORGANISMI AMMONIOTELICI espellono soprattutto
azoto ammoniacale. E’ il prodotto più solubile, ma
altamente tossico per l’organismo stesso e richiede
quindi un ambiente idrato. Sviluppato in invertebrati
acquatici, Teleostei (=pesci ossei), larve di Anfibi.
69

ORGANISMI UREOTELICI quelli che
eliminano soprattutto urea.
Questa molecola svolge un importante ruolo
nell’osmoregolazione. Tipica dei Mammiferi.
70

ORGANISMI URICOTELICI quelli i cui prodotti
terminali sono costituiti da acido urico o dai suoi sali.
L’acido urico è il meno solubile e consente il massimo
risparmio di acqua. Tale adattamento è diffuso tra i
Vertrebati, ma raggiunge la perfezione dei
Sauropsidi.
71

DIFESE CONTRO LA DISIDRATAZIONE
Gli accorgimenti messi in atto consistono principalmente in:
1) Evitare perdite d’acqua a livello di:
A - tegumenti
B - organi respiratori
C - organi escretori
2) Sviluppare forme di resistenza in ambienti favorevoli
3) Spostamenti
4) Adattare il proprio metabolismo alla sintesi dell’acqua
5) Prelevare acqua dall’ambiente esterno
72

2) SVILUPPO DI FORME DI RESISTENZA
Reazione comune agli animali che vivono tra i muschi Nematodi,
Tardigradi, Rotiferi e Protozoi le cui possibilità di vita attiva sono
legate all’umidificazione dei muschi da parte della pioggia
I Molluschi, in particolare i Polmonati delle regioni secche,
si disidratano nella stagione secca e tornano attivi quando
le precipitazioni ripristinano l’umidità (estivazione)
73

Altre specie passano la fase
annuale di minima umidità con la
formazione di uova con guscio
impermeabile.
Analogo comportamento si ritrova
nelle piante che producono semi,
gemmule, tubercoli
Queste reazioni sono in generale il
risultato fisiologico delle interazioni
umidità/temperatura
74

3) SPOSTAMENTI
- Migrazioni
- Emigrazioni = spostamenti definitivi
provocati da un clima divenuto troppo arido.
- Nomadismo = è il comportamento dei mammiferi che
seguono lo spostamento delle aree di pascolo e delle fonti
d’acqua senza tornare regolarmente al punto di partenza.
Vanno considerati tali anche spostamenti di minor entità compiuti da
organismi che nel periodo di massima aridità si infossano nel suolo o
ricercano microclimi più umidi.
Aspetto evolutivo di tale reazione di infossamento
costruzione di nidi protetti da parte degli Insetti sociali.
75

4) FORMAZIONE D’ACQUA A PARTIRE DAL NUTRIMENTO
E’ un processo di sintesi dell’acqua attraverso l’ossidazione di
lipidi che consente ad Insetti, Mammiferi ed Uccelli xerobi di
vivere senza bere per periodi di tempo relativamente lunghi.
In grado di sopravvivere più di 2 settimane a riposo con
nutrimento secco (estate) e di resistere fino a 60 giorni in
inverno.
- Produce acqua metabolica e di ricava energia
attraverso l’ossidazione dei lipidi immagazzinati nella
gobba
- Concentra il volume di urina giornaliera a 5 litri
- Arresto della traspirazione quando il tenore in
acqua del corpo si riduce
- tollera aumenti della t interna fino a 6,2 °C
- Elimina il calore in eccesso durante la notte con
un max di vasodilatazione superficiale nelle prime
ore del mattino
- Spessa pelliccia in grado di aumentare
l’isolamento termico
- Si reidrata rapidamente appena ha nuova acqua a
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disposizione

RATTO-CANGURO (Dypodomys)
Unico mammifero conosciuto in
grado di produrre acqua
unicamente metabolica in
quantità sufficiente
- Concentra considerevolmente l’urina e elimina feci secche
- Tollera un elevato aumento della temperatura corporea
- Non possiede ghiandole sudoripare e riduce perdite d’acqua
respiratorie espirando attraverso il naso.
- Presenta un ritmo di attività nictemerale molto marcato con il
periodo di massima attività limitato alle ore notturne
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VALORE ECOLOGICO DELLA LUCE
L’energia luminosa è all’origine del fenomeno
fondamentale della biosfera: la fotosintesi
La maggior parte dei ritmi biologici esogeni ed
endogeni, ossia le variazioni cicliche dell’attività degli
organismi viventi sono direttamente ed indirettamente
legati all’alternanza giornaliera dei periodi di luce ed
oscurità, nonché alla durata relativa di
questi periodi nel corso dell’anno
Molti fenomeni biologici sono basati sulla luce
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PRINCIPALI FENOMENI BIOLOGICI
BASATI SULLA LUCE
Fotosintesi
Sintesi della clorofilla,
costituzione dei cloroplasti
Fototropismo e fototassia
Intensità della respirazione
Germinazione dei semi
Crescita vegetativa
Fioritura
Fotoperiodismo
Orologi biologici
Fenomeni citoplasmatici e
nucleari
Fotoattivazione-fotoinibizione
Attività battericida
Controllo dei cromatofori
Cosa manca?
Fotoricezione visiva
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Negli organismi eterotrofi la luce svolge un ruolo condizionante
d’importanza minore rispetto ad altri fattori (temperatura,
umidità)
Organismi che vivono in assenza di luce:
Organismi delle profondità marine
Organismi di grotta
Organismi endogei
ETEROTROFI dipendono per le loro
esigenze trofiche dalle forme di vita
FOTOFILE
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Tutte le piante sono fotofile
Differenze di: Luminosità
Ritmo termico
Umidità dell’ambiente
Sciafili = organismi della lettiera
sciafile
eliofile
Eliofili = organismi di ambienti soleggiati (deserti, dune
marittime, macchia mediterranea)
Attenzione!! Sciafilia non ombrofilia
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Fattori abiotici – Luce
slides dal corso della Prof.Nola
1.Eliofile - solo in presenza di luce forte, max. illuminazione
(deserti, steppe, alta montagna (Gentiana), zone costiere
(Ammophila)
Gentiana clusii Ammophila arenaria
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Fattori abiotici - – Luce
slides dal corso della Prof.Nola
2.Piante con optimum fisiologico illuminazione max (100%), ma
tolleranti fino al 40% (rocce, praterie, macerie, colonizzatrici di
suoli nudi:
rovi e Artemisia: aree derivate dal taglio del bosco
specie forestali (betulla e pino silvestre)
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Fattori abiotici – Luce
slides dal corso della Prof.Nola
3. Sciafile - adattate all'ombra, con luce pari al 20-40%
Anemone nemorosa, Oxalis acetosella
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Fattori abiotici – Luce
slides dal corso della Prof.Nola
4. Sciafile estreme – solo al di sotto di una copertura vegetale
densa (optimum ~ 5-10%, senza fioritura anche al 3%)
piante di sotto-bosco denso (Prenanthes purpurea delle faggete
e delle pinete)
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Foresta tropicale
schermo quasi completo
alberi disposti in più strati
sp.erbacee epifite a diverse h. a seconda della luce
spesso manca uno strato erbaceo
Foresta tropicale Borneo
Fattori abiotici – Luce
slides dal corso della Prof.Nola
Esigenze in luce delle specie e delle comunità
Bromeliacee e orchidee su un
ramo (Hawaii)
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ALCUNI SUGGERIMENTI
http://linxedizioni.it/web-news/
http://www.scienzainrete.it/
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