Che cos'è un ecosistema?
Un ecosistema è un'unità della natura in cui gli esseri viventi interagiscono tra loro e con le cose non viventi intorno a loro. Un bosco, uno stagno, un lago, una prateria e un deserto sono ecosistemi naturali. Un giardino, un campo coltivato e un acquario sono ecosistemi artificiali (creati dall'uomo), perché le persone li progettano e se ne prendono cura.
Componenti biotiche e abiotiche
Le componenti biotiche sono le parti viventi: piante, animali, funghi e batteri. Le componenti abiotiche sono le parti non viventi: luce solare, temperatura, acqua, aria, terra e minerali. Non si può togliere una parte senza cambiare l'altra. Senza luce solare le piante muoiono; senza piante gli animali muoiono di fame.
Produttori, consumatori e decompositori
I produttori sono le piante verdi e alcuni batteri (come le alghe azzurre) che producono cibo con la fotosintesi. Si chiamano autotrofi.
I consumatori non sanno produrre cibo, quindi mangiano altri esseri viventi. Si dividono in erbivori (mangiano piante, per esempio la capra), carnivori (mangiano animali, per esempio il leone), onnivori (mangiano entrambi, per esempio il corvo e gli esseri umani) e parassiti (vivono su un ospite, per esempio i pidocchi).
I decompositori sono batteri e funghi che scompongono piante e animali morti in sostanze semplici. Così i minerali tornano nel terreno e i produttori possono usarli di nuovo. Senza decompositori i resti si accumulerebbero e il terreno finirebbe i nutrienti.
Catene alimentari, reti alimentari e livelli trofici
Una catena alimentare è una serie di esseri viventi in cui ognuno mangia quello che lo precede. Esempio: erba → cavalletta → rana → serpente → aquila. In acqua: alga → pesce piccolo → pesce grande → airone.
Ogni gradino di una catena alimentare è un livello trofico: T1 = produttori, T2 = consumatori primari (erbivori), T3 = consumatori secondari, T4 = consumatori terziari.
In natura la maggior parte degli animali mangia più di un tipo di cibo e viene mangiata da più di un nemico. Così molte catene si uniscono in una rete chiamata rete alimentare. Una rete alimentare rende l'ecosistema più stabile: se un cibo scarseggia, gli animali possono passare a un altro.
Flusso di energia e legge del 10%
Le piante verdi catturano solo circa l'1% della luce solare che cade sulle foglie. Quando un erbivoro mangia una pianta, riceve solo circa il 10% dell'energia immagazzinata in quella pianta. Il resto serve alla vita della pianta stessa, si perde come calore o resta nelle parti che non vengono mangiate o digerite. Questa è la legge del 10 per cento (formulata da Lindeman).
Perché il flusso di energia è a senso unico (unidirezionale)
L'energia va dal Sole → ai produttori → agli erbivori → ai carnivori. Non torna mai indietro: l'energia persa come calore non può essere riusata dalle piante. Perciò il flusso di energia è unidirezionale. I minerali, invece, girano in cerchio con l'aiuto dei decompositori.
Perché le catene alimentari hanno solo 3-4 livelli
A ogni passaggio l'energia scende a un decimo. Al quarto o quinto livello ne resta così poca che non basta a mantenere una popolazione. Per questo i grandi carnivori in cima sono pochi, e per questo una dieta vegetariana (mangiare al livello 2) spreca meno energia del Sole.
Biomagnificazione
Pesticidi come il DDT vengono spruzzati sulle colture. Una parte finisce nel terreno e nell'acqua ed entra nelle piante. Queste sostanze non si scompongono e il corpo non le espelle: si accumulano nel grasso. Un animale che mangia molte piante raccoglie tutta la loro sostanza. Il predatore successivo mangia molti di quegli animali, e così via.
Così la quantità di sostanza per kg di corpo aumenta a ogni livello trofico. Questa è la biomagnificazione. I consumatori in cima, esseri umani compresi, ricevono la dose più alta. Per questo cereali, verdura, pesce e perfino il latte possono contenere tracce di pesticidi.
Formule e definizioni chiave
- Energia al livello successivo = 10% dell'energia di questo livello = E ÷ 10
- Energia al livello n = E₁ × (0.1)ⁿ⁻¹ (E₁ = energia nei produttori)
- Energia al livello inferiore = energia al livello superiore × 10 (per scendere)
- Livelli trofici: T1 produttori → T2 erbivori → T3 carnivori → T4 grandi carnivori
- Flusso di energia: a senso unico (Sole → produttori → consumatori → persa come calore). Nutrienti: ciclici.
- Biomagnificazione: la concentrazione della sostanza aumenta salendo lungo i livelli trofici
Esempi svolti
1. Indica due componenti biotiche e due abiotiche di uno stagno.
Biotiche: piante acquatiche (hydrilla, alghe), pesci, rane, batteri. Abiotiche: acqua, luce solare, ossigeno disciolto, terra sul fondo, temperatura.
2. In una catena alimentare i produttori hanno 20.000 J di energia. Quanta energia arriva al consumatore secondario?
Produttore → consumatore primario: 20.000 × 10% = 2.000 J. Consumatore primario → secondario: 2.000 × 10% = 200 J. Risposta: 200 J.
3. Un falco (4° livello trofico) riceve 5 J di energia. Quanta energia c'era nei produttori della sua catena?
Scendere di un livello significa moltiplicare per 10. Livello 3: 50 J, livello 2: 500 J, livello 1: 5.000 J. I produttori avevano 5.000 J.
4. Nella catena erba → cervo → tigre, se l'erba ha 100.000 kJ, quanta energia riceve la tigre e che frazione dell'energia dell'erba è?
Cervo: 100.000 × 0.1 = 10.000 kJ. Tigre: 10.000 × 0.1 = 1.000 kJ. Frazione = 1.000 / 100.000 = 1/100 = 1%.
5. Perché una persona che mangia pesce di un lago inquinato dal DDT avrà più DDT del pesce?
Il DDT non si scompone e resta nel grasso del corpo. La persona mangia molti pesci nel tempo, quindi tutto il loro DDT si accumula in lei. Essendo a un livello trofico più alto, ha la concentrazione maggiore: è la biomagnificazione.
6. Perché una rete alimentare è più stabile di una sola catena alimentare?
In una rete ogni animale ha più scelte di cibo. Se una preda diventa rara, il predatore ne mangia un'altra, e l'ecosistema non crolla.
Errori comuni
- Disegnare le frecce al contrario. La freccia punta verso chi mangia: erba → cervo significa che il cervo mangia l'erba (l'energia scorre lungo la freccia).
- Dire che a ogni livello si perde il 10% dell'energia. È il contrario: circa il 90% si perde e solo il 10% passa.
- Pensare che i decompositori siano un livello trofico della catena. Agiscono sui resti di tutti i livelli e si disegnano a parte.
- Confondere i due andamenti: l'energia DIMINUISCE salendo nella catena, ma la concentrazione di pesticida AUMENTA.