Possiamo definire come Ecosistema, un ambiente caratterizzato dalla presenza di fattori biotici e abiotici in perfetto equilibrio tra loro. La componente biotica è suddivisa in due categorie ben precise: quella degli autotrofi (vegetali), capaci di fissare l’energia luminosa e ottenere materiale energetico mediante la fotosintesi clorofilliana e quella degli eterotrofi (animali) che decompone e trasforma i materiali complessi prodotti dagli autotrofi e dagli eterotrofi stessi per trarne materiale sia energetico che plastico.
Gli organismi autotrofi sono maggiormente distribuiti negli strati più alti di un ecosistema per poter meglio sfruttare la luce solare, mentre quelli eterotrofi sono maggiormente concentrati sul suolo e sotto di esso, ove trovano un maggior accumulo di materiale organico.

I fattori abiotici, invece, rappresentano tutti quegli elementi ambientali indispensabili alla vita come la luce stessa, la composizione chimica dell’atmosfera, le condizioni climatiche, l’umidità, i composti inorganici e organici presenti nel terreno.

Ora cerchiamo di esaminare un ecosistema più da vicino facendo qualche esempio: uno di essi è il mare, un altro è la foresta, un altro ancora è il deserto e così via. Ognuno di questi, ha caratteri abiotici generalmente comuni e a volte unici e si distingue dagli altri in modo abbastanza netto.

Nell’ambito di un ecosistema possiamo trovare infinite combinazioni di fattori ambientali tanto da creare dei sottogruppi chiamati Microclimi. Ad esempio, nell’ecosistema foresta troviamo il microclima del ruscello che si distingue da quello delle sponde dello stesso e da quello della corteccia di un albero e da quello dei rami più alti in quanto vi sono più o meno sensibili variazioni dei fattori abiotici.

La conseguenza ovvia è che troveremo esseri viventi altamente specializzati ed adattati al microclima stesso. Infatti, nella foresta troveremo pesci ma solo nel ruscello, rane solo in prossimità delle sue sponde, formiche e larve d’insetti prevalentemente in prossimità della corteccia degli alberi e uccelli soprattutto sui loro rami. Tutti questi microclimi, citati solo in minima parte, sono in perfetto equilibrio tra loro in quanto l’energia, che produce materia, è distribuita in modo razionale.

Per meglio comprendere la struttura e le funzioni di un ecosistema, classifichiamo i fattori esaminati:

Fattori abiotici fondamentali (composti organici ed inorganici)

Fattori biotici, suddivisi in:

Produttori: vegetazione sulla terra e fitoplancton nelle acque

Consumatori: animali sulla terra, pesci nelle acque.

Essi sono suddivisi, a loro volta, nelle seguenti sottocategorie: erbivori o consumatori diretti (pecore, topi e cavallette sulla terra e zooplancton nelle acque)

Saprofiti o consumatori indiretti (invertebrati che si nutrono di detriti)

Carnivori (falchi, lupi, leoni, squali)

Decompositori : Batteri e funghi (trasformano la sostanza organica in quell’inorganica)

Costruendo una rigida gerarchia a struttura piramidale, regolata dall’energia, otteniamo uno schema di catena alimentare formata da diversi livelli trofici :

1-Produttori (vegetali) trasformano in zuccheri l’acqua e le sostanze minerali fornendo energia direttamente agli erbivori ed indirettamente ai carnivori e riforniscono l’atmosfera di ossigeno.

2-Consumatori di primo ordine (si nutrono esclusivamente di vegetali: insetti, topi, pecore)

3-Consumatori di secondo ordine (si nutrono di animali vegetariani: uccelli insettivori, serpenti)

4-Consumatori di terzo ordine (carnivori che si nutrono di altri carnivori: aquile, volpi)

Un esempio tipico di catena alimentare : grano, topo campagnolo, serpente, aquila.

PIRAMIDI ALIMENTARI

Non a caso si è parlato precedentemente di struttura piramidale. Vediamo il perché.
L’energia, in questo meccanismo, fa da padrona e viaggia in modo unidirezionale dal basso di una catena alimentare verso l’alto e diminuendo, in modo drastico. Infatti, i produttori (autotrofi) catturano l’energia solare ma solo l’1 % di essa si trasforma in energia alimentare
mentre la restante 99 % è dispersa nell’ambiente sotto forma di energia termica non utilizzabile in quanto proviene dalle attività metaboliche delle piante mentre ogni volta che passiamo su un altro livello trofico abbiamo un rendimento energetico al massimo del 10 %.

Facciamo ora dei semplici calcoli.
In un qualunque ecosistema terrestre, una certa biomassa vegetale assorbe 1000 kcal di energia luminosa per metro q. ed essendo il rendimento dell’1 %, agli eterotrofi (consumatori) arriveranno solo 10 kcal . Un decimo di esse, ovvero 1 kcal, arriverà ai consumatori di primo ordine, un altro decimo della precedente, 0,1 kcal arriverà ai consumatori di secondo ordine e ancora un decimo della precedente, 0,01 kcal ai consumatori di terzo ordine (carnivori). Anche in questi casi si ha dispersione di energia per le attività metaboliche degli eterotrofi interessati nei vari livelli, e per il consumo di energia dovuto alla riproduzione, ai movimenti, ecc…
In proporzione, avremo moltissima erba, molte pecore, pochi lupi.

Ecco il perché della raffigurazione della Piramide alimentare con una base ampia che si restringe

sempre di più in quanto l’energia diminuisce vistosamente facendo diminuire progressivamente le biomasse e di conseguenza il numero degli animali stessi. In tal modo, una piramide alimentare può essere considerata secondo tre aspetti diversi: quello energetico, quello delle biomasse e quello numerico. Essi coincidono perfettamente.

EQUILIBRIO E ADATTAMENTO

Le catene alimentari di tali piramidi si autoregolano mediante un meccanismo di feedback negativo molto efficiente basato su un equilibrio dinamico che consente di mantenere stabili soprattutto i rapporti quantitativi tra i vari livelli. Ad esempio, se condizioni climatiche particolarmente favorevoli consentono la crescita di un’abnorme biomassa vegetale, si avrà una proliferazione di erbivori i quali, a loro volta, consumeranno un maggior quantitativo di erba che diminuendo di conseguenza, consentirà la vita ad un numero sempre minore di tali erbivori ristabilendo un equilibrio denominato dinamico a causa di queste fluttuazioni abbastanza frequenti in natura. Salendo al livello superiore, gli effetti saranno uguali e concatenati a quello inferiore: il maggior numero di erbivori consentirà la riproduzione di un numero superiore di
carnivori che ridurranno quello degli erbivori e, di conseguenza, quello di se stessi.

Il tutto in relazione alla fluttuazione dei vegetali.

Così abbiamo raggiunto un generale equilibrio nella catena alimentare.

Tutti gli esseri viventi si sono adattati ai vari ecosistemi nel corso della loro evoluzione integrandosi con essi in un equilibrio tanto perfetto quanto precario. Molte di queste specie, di fronte a improvvisi cambiamenti ambientali, si sono estinte per non essere state in grado di adattarvisi in breve tempo in quanto le mutazioni genetiche, fondamento della teoria evoluzionistica darwiniana, o non sono sopraggiunte in tempo utile o non sono state adeguate alle nuove circostanze. Oltre al rapporto tra i fattori abiotici e quelli biotici, è di fondamentale importanza quello tra biotici stessi in quanto con le loro nicchie ecologiche stabiliscono dei precisi ruoli di controllo sulle specie, impedendo, attraverso delle forme di selezione naturale, che le stesse si estinguano e vengano meno ai compiti destinati dalle nicchie di appartenenza.

Le catene alimentari sono un’emblematica espressione di tale delicato meccanismo.

Un esempio: l’eventuale scomparsa dei leoni nella savana africana, per il profano rappresenterebbe la fine di un lungo calvario per zebre, antilopi, gnù e altri erbivori quotidianamente sbranati da tali felini. Invece, sarebbe l’inizio di una catastrofe ambientale enorme; infatti, gli erbivori, non più “selezionati”, si riprodurrebbero in maggior numero mantenendo geni imperfetti tanto da andare incontro all’estinzione della specie, e prima di tutto ciò, consumerebbero una maggiore biomassa
di vegetali, a discapito di altre specie viventi che andrebbero incontro alla stessa sorte. In sostanza, una devastazione non solo verticale della catena alimentare in oggetto, ma anche orizzontale con un coinvolgimento di molte altre in una lenta ma inesorabile reazione a catena. Solo il riempimento di queste nicchie ecologiche da parte di altre specie adattate potrebbe ristabilire l’equilibrio perso a patto, però, che i danni prodotti non siano stati irreversibili o che le catene alimentari siano abbastanza intrecciate tra loro. Infatti, le “reti alimentari” sono più stabili se risultano complesse in quanto sono più probabili le compensazioni da parte dei vari occupanti delle nicchie analoghe.
Purtroppo, dietro questa generale stabilità, tipica dei sistemi ecologici complessi, si nasconde una latente fragilità di base che distruggerebbe inesorabilmente l’ecosistema nel caso di cambiamenti
troppo drastici in quanto troppi equilibri verrebbero ad essere turbati e si perderebbe il loro effetto di reciproca compensazione. L’intera problematica, comunque, va inquadrata in un’ottica meno drammatica anche se più complessa in quanto i viventi possiedono una capacità di adattamento ambientale enorme e la facoltà di cambiare in parte il loro DNA grazie alle provvidenziali mutazioni genetiche darwiniane o alle stimolazioni ambientali di lamarckiana memoria. Scompare una specie: ne ricompare un’altra con funzioni simili; un territorio desertifica perdendo biomasse : qualche specie vi si adatterà e dopo qualche tempo, mutando le condizioni climatiche, l’ambiente potrebbe ritornare come prima. La materia si rimescola, si ridistribuisce, assume nuove forme, ma non
scompare. E’ solo questione di tempo. Immaginiamo un incendio che distrugge una foresta.

Un maggior quantitativo di sali minerali sarebbe più facilmente disponibile nel terreno. Nel giro di un anno il territorio verrebbe coperto da erbe annuali sostituite negli anni successivi da erbe perenni e da arbusti. Infine, dopo qualche decennio, da alberi di alto fusto tipici della zona climatica. Durante questa evoluzione osserveremo l’instaurarsi di catene alimentari sempre più consistenti e intrecciate tra loro. Abbiamo assistito alla realizzazione di un climax mediante una successione ecologica, ovvero, al raggiungimento di un equilibrio generale stabile.

GLI ECOSISTEMI E IL CLIMA

La varietà e la consistenza delle biomasse sono influenzate enormemente dal clima generale e dall’ambiente fisico del loro ecosistema. Per sintetizzare il concetto, le biomasse le chiameremo
Biomi. Essi, man mano che procediamo dalle zone subpolari verso l’equatore, si diversificano nettamente, mentre si mantengono con caratteristiche molto simili, a parità di latitudine, anche a diverse migliaia di chilometri di distanza. I regolatori fondamentali di questi ecosistemi sono ovviamente i vegetali che occupano le basi delle catene alimentari e che subiscono in modo sensibile le variazioni climatiche. Il freddo intenso delle zone artiche impedisce la vita vegetale ma un po’ più a sud la Tundra offre muschi, licheni ed erba che innescano discrete catene alimentari costituite prevalentemente da lepri, pernici, civette, volpi. Scendendo in zone meno fredde, troviamo la Taiga, caratterizzata da foreste di conifere sempreverdi che con le loro foglie maggiormente acide, limitano il proliferare dei decompositori. Tuttavia, le catene alimentari sono abbastanza varie e ricche di uccelli. Più a sud si affacciano le Foreste decidue, tipiche delle zone temperate, con alberi con foglie più larghe che cadono d’inverno e permettono la vita a moltissimi decompositori. Il terreno, così, è molto fertile e molteplici sono le catene alimentari. Nelle zone equatoriali, dove arrivano i venti alisei portatori di pioggia e i raggi del sole sono più caldi a causa della loro maggiore perpendicolarità, troviamo una vegetazione lussureggiante e le varietà di specie viventi più ricche del pianeta. L’acqua gioca un ruolo fondamentale sui biomi; aree del pianeta caratterizzate dalla persistenza di zone di alta pressione e quindi da scarsissima piovosità, determinano i Deserti con biomi altamente specializzati che riescono a stabilire catene alimentari in
condizioni estreme, sia per la siccità che per l’elevata escursione termica tra giorno e notte.

L’acqua, infatti, essendo molto scarsa e presente solo allo stato di vapore, non esercita l’inerzia termica necessaria. Nei deserti africani si misurano temperature diurne di circa 50° C. e di –5° C. notturne. Nei deserti posti a latitudine maggiore, invece, l’escursione termica è meno evidente.

L’andamento dei biomi appena esaminati, è specularmene simile, anche se in scala ridotta, a quello degli stessi rapportati all’altezza. Infatti, il clima rigido delle grandi altitudini, è simile a quello polare e quindi, influisce sulla loro consistenza e varietà. Scendendo verso il livello del mare, le nevi perenni tendono a scomparire e il calore solare è più intenso e le forme di vita diventano più simili a quelle delle latitudini più basse. Il tutto, ovviamente, in relazione al clima in cui si sviluppa il rilievo montuoso in esame.

a cura del prof. Pasquale Del Pesce