L' ecologia ecologica o scientifica è una scienza che studia le interazioni degli organismi viventi tra loro e il loro ambiente . Tutti gli esseri viventi, il loro ambiente di vita e le relazioni che mantengono formano un ecosistema . L'ecologia è parte integrante della più ampia disciplina delle scienze ambientali (o scienze ambientali).
Il termine ecologia è costruito sul greco οἶκος / oîkos ("casa, habitat") e λόγος / lógos ("discorso"): è la scienza dell'habitat. Fu inventato nel 1866 da Ernst Haeckel , un biologo darwinista tedesco . Nella sua opera Morfologia generale degli organismi , designò con questo termine "la scienza dei rapporti degli organismi con il mondo circostante, vale a dire, in senso lato, la scienza delle condizioni di esistenza" .
Una definizione generalmente accettata, particolarmente usata nell'ecologia umana , ammette l'ecologia come "la relazione triangolare tra gli individui di una specie , l'attività organizzata di questa specie e l' ambiente di questa attività" ; l'ambiente è “sia il prodotto che la condizione per questa attività, e quindi per la sopravvivenza della specie” .
Il termine ecologista può designare uno scienziato specializzato nello studio dell'ecologia , un seguace dell'ecologismo o un sostenitore dell'ecologia politica . Il termine ecologista designa più specificamente uno specialista in ecologia, che sia un ricercatore , un biologo o un ingegnere , ed è stato inventato negli anni '80 per distinguere gli scienziati dagli attivisti.
In campo scientifico, il termine "ecologia" designa la scienza che ha per oggetto le relazioni degli esseri viventi (animali, piante, microrganismi, ecc.) tra di loro, nonché con il loro habitat o l' ambiente nel suo insieme. Queste interazioni determinano la distribuzione e l'abbondanza degli organismi viventi sulla Terra. Pertanto, nella scienza, l'ecologia è spesso classificata nel campo della biologia . Studia due grandi gruppi: quello degli esseri viventi ( biocenosi ) e dell'ambiente fisico ( biotopo ), che formano l' ecosistema .
Questo termine ecosistema, contrazione dell'espressione “sistema ecologico”, si riferisce alla teoria dei sistemi e consente di collocare l'ecologia in un contesto più generale. Può quindi essere definita come la scienza degli ecosistemi, essendo l'ecosistema un'unità di comprensione della natura. Gli ecosistemi vengono studiati utilizzando un " macroscopio ", per usare l'espressione pittorica di Howard T. Odum .
Una visione più ristretta definisce l'ecologia come lo studio dei flussi di energia e materiali ( reti trofiche ) in un ecosistema.
Il concetto di ecologia compare nel 1859 nel preambolo di Sull'origine delle specie di Charles Darwin , sotto il nome di "economia della natura". Descrive la relazione tra i prati di trifoglio, impollinati dai bombi , e i gatti che mangiano i topi di campagna, che a loro volta sloggiano i bombi dalle loro tane. Il termine "ecologia", in quanto tale, compare per la prima volta sotto la penna di Ernst Haeckel , è costruito dal greco antico οἶκος oikos (casa, habitat) e λόγοó lógos (discorso). Nella sua opera Morfologia generale degli organismi , Haeckel la designò in questi termini: "la scienza dei rapporti degli organismi con il mondo circostante, vale a dire, in senso lato, la scienza delle condizioni di esistenza " . Questa scienza fu poi introdotta in Francia dai geografi della scuola degli Annales de géographie , in particolare Paul Vidal de La Blache . Questa rivista è stata sede di una collaborazione tra geografi e botanici come Gaston Bonnier , in particolare per la flora alpina . Più specificamente, il termine "ecologia" sembra essere stato usato per la prima volta in francese intorno al 1874 .
Come scienza biologica, l'ecologia è fortemente legata ad altri rami della biologia , principalmente la genetica delle popolazioni , la fisiologia , l' etologia e le scienze evolutive . Ma è anche legato alla geologia , per lo studio dell'ambiente abiotico , in particolare alla pedologia (lo studio dei suoli) e alla climatologia , oltre che alla geografia umana e fisica .
Esistono vari livelli di organizzazione in biologia : biologia molecolare e cellulare , organismi (a livello individuale e di organismo), popolazioni , comunità, ecosistemi e biosfera. L'ecologia è una scienza olistica , studia non solo ogni elemento nelle sue relazioni con gli altri elementi, ma anche l'evoluzione di queste relazioni secondo le modificazioni subite dall'ambiente , dalle popolazioni animali e vegetali. Ogni livello di organizzazione porta proprietà emergenti, legate alle interazioni tra queste componenti.
I livelli di organizzazione e le relative sotto-discipline sono:
Organismo (un avvoltoio ) - autecologia .
Popolazione (un branco di caribù) - ecologia della popolazione .
Ecosistema ( ecosistema barriera corallina) - sinecologia .
Sono dettagliati di seguito, dalla scala più precisa alla più grande.
Gli organismi sono sottoposti a pressioni costanti che sono tutti fattori che ne limitano la crescita e la riproduzione. Questi fattori sono classificati in due categorie in base alla loro origine.
Fattori abioticiNell'approccio classico, l'ambiente fisico-chimico, che costituisce il biotopo , esercita una pressione sulle specie, che formano la biocenosi ; questa influenza assume la forma di fattori abiotici che sono:
La biocenosi è caratterizzata da fattori ecologici biotici di due tipi:
La tolleranza a questi fattori permette di definire la nicchia ecologica di una specie, ovvero il suo posto nell'ecosistema caratterizzato dal suo habitat (o dai suoi habitat utilizzati per scopi diversi: esposizione, allevamento dei piccoli, svernamento…) e il suo posto nelle reti alimentari . Alcuni ricercatori Chiamano queste caratteristiche tratti della storia della vita . Secondo il principio di esclusione competitiva , due specie non possono condividere un'identica nicchia ecologica, a causa della loro competizione: la specie più adattata finirà per soppiantare l'altra.
Sono le relazioni intraspecifiche che ci fanno passare da un insieme di individui isolati ad interessarci di una popolazione. Nella maggior parte dei casi, individui della stessa specie provano una repulsione nei confronti dei congeneri, sono distribuiti in territori distinti. Tuttavia, per riprodursi, un individuo femmina e un individuo maschio devono incontrarsi, nel caso di specie sessuate. In altri casi gli individui convivono, se non c'è un legame speciale tra individui che semplicemente reagiscono agli stessi fattori ambientali, è solo una folla, la vita sociale inizia quando ci sono interazioni particolari tra questi individui. Alcune specie di insetti sono qualificate come eusociali quando esistono differenze fisiologiche e morfologiche tra individui di una stessa società; questo è il caso di formiche, api o termiti. Come gli individui, una popolazione nasce, cresce, risponde alle condizioni ambientali e si adatta. Può morire, se tutti i suoi individui muoiono o se non ha più individui riproduttivi.
La biologia delle popolazioni studia la struttura e i cambiamenti nelle popolazioni. Per descrivere queste variazioni nel tempo sono stati sviluppati modelli matematici, raggruppati sotto il nome di dinamica delle popolazioni .
L'ecologia di comunità è lo studio delle interazioni all'interno di collezioni di specie presenti nella stessa area geografica. Diverse specie diverse possono condividere tratti funzionali comuni, le loro popolazioni all'interno di un ecosistema che formano una comunità funzionale.
Il primo principio dell'ecologia è che ogni essere vivente è in continua relazione con tutto ciò che costituisce il suo ambiente. Si parla di ecosistema per caratterizzare un'interazione duratura tra organismi e un ambiente.
L'ecosistema si differenzia analiticamente in due insiemi interagenti:
All'interno dell'ecosistema, le specie dipendono l'una dall'altra, compreso il cibo. Scambiano energia e materia tra loro e con l'ambiente che modificano . La necromassa è uno degli elementi.
La nozione di ecosistema è teorica: è multiscalare (multiscala), cioè può essere applicata a porzioni di dimensioni variabili della biosfera, ad esempio uno stagno , un prato, o un albero morto. Un'unità più piccola è chiamata microecosistema. Potrebbe, ad esempio, essere la specie che ha colonizzato una pietra sommersa. Un mesoecosistema potrebbe essere una foresta , e un macroecosistema , una regione e il suo spartiacque .
Gli ecosistemi sono spesso classificati in base ai biotopi interessati. Parleremo :
Un'altra classificazione può essere fatta con riferimento alla biocenosi (si parla ad esempio di un ecosistema forestale, o di un ecosistema umano).
Relazioni tra esseri viventi livingI rapporti di specie , cioè quelli tra specie diverse, sono numerosi e descritti secondo il loro benefico, dannoso o neutro:
benefico | neutro | dannoso | |
---|---|---|---|
benefico | Mutualismo o simbiosi | Commensalismo | Predazione |
neutro | Commensalismo | Indifferenza | amensalismo |
dannoso | Parassitismo | amensalismo | concorrenza |
La relazione più studiata è la predazione (mangiare o essere mangiati), che porta al concetto essenziale di ecologia della catena alimentare ; per esempio, l'erba viene consumata dall'erbivoro, a sua volta consumato da un carnivoro, a sua volta consumato da un carnivoro più grande.
Relazioni troficheÈ possibile classificare schematicamente gli organismi in tre livelli in base al loro ruolo nella catena alimentare :
Queste relazioni formano sequenze, dove ogni individuo mangia il precedente e viene mangiato da chi lo segue. Si parla di catena alimentare o più spesso di catena alimentare a causa del gran numero di specie generalmente coinvolte in un ecosistema. In una rete trofica, osserviamo che quando ci spostiamo da un livello trofico (collegamento nella rete) ad un altro, il numero di esseri viventi diminuisce, da qui l'immagine della piramide spesso utilizzata.
Tenute ecologicheLa successione ecologica è il modello di evoluzione di un ecosistema, in termini di composizione specifica, dalla sua comparsa in un ambiente abitativo vuoto, attraverso una fase di installazione cosiddetta "pioniera", alla fase culminante in cui i cambiamenti cessano o variano in un ciclo ciclico e la moda immutabile. Questo climax varia da luogo a luogo a seconda delle condizioni ambientali, eventualmente con successioni stagionali.
Le successioni sono visibili anche nello spazio, in particolare nelle zone di transizione tra ecosistemi, o ecotoni .
Dopo un disturbo, che fa regredire l'ecosistema a uno stadio precedente, si stabilisce una successione secondaria. Questo non porta automaticamente allo stesso risultato del climax che ha avuto luogo prima del disturbo.
L'ecologia del paesaggio studia la componente non umana del paesaggio , il suo aspetto culturale e psicologico è lasciato ad altre scienze. Descrive il modo in cui gli ecosistemi sono disposti tra loro, la loro distribuzione e la loro frammentazione (come caratteristica e non come processo di degrado ambientale ). Le specie possono essere scambiate tra ecosistemi attraverso i confini porosi che sono ecotoni, sia zone di transizione che ecosistemi in sé. Secondo Robert MacArthur e Edward O. Wilson , i pezzi di ecosistemi catturati in una matrice di un altro ecosistema, funzionano come vere e proprie isole , in termini di colonizzazione da parte di nuove specie. Durante la successione ecologica che subiscono gli ecosistemi, i paesaggi evolvono, a volte anche considerevolmente.
La Terra, da un punto di vista ecologico, comprende diversi sistemi: l' idrosfera (o sfera d'acqua), la litosfera (o sfera di suolo) e l' atmosfera (o sfera d'aria).
La biosfera si inserisce in questi sistemi terrestri. È la parte viva del pianeta, la parte biologica che ospita la vita che si sviluppa. Si tratta di una dimensione superficiale localizzata, che scende ad una profondità di 11.000 metri e sale fino a 15.000 metri sul livello del mare.La maggior parte delle specie viventi vive nella zona situata da -100 metri a +100 metri di altitudine.
La vita si è sviluppata per la prima volta nell'idrosfera, a poca profondità, nella zona fotica . Apparvero allora esseri pluricellulari che riuscirono a colonizzare anche aree bentoniche . La vita terrestre si è sviluppata più tardi, dopo la formazione dello strato di ozono che protegge gli esseri viventi dai raggi ultravioletti . Le specie terrestri si diversificheranno tanto più quanto più i continenti si frammenteranno , o al contrario si uniranno.
Ciclo biogeochimico: influenza della vitaLa biosfera contiene grandi quantità di elementi come carbonio , azoto e ossigeno . Anche altri elementi, come fosforo , calcio e potassio , sono essenziali per la vita . A livello degli ecosistemi e della biosfera, c'è un riciclo permanente di tutti questi elementi, che alternano lo stato minerale e lo stato organico secondo cicli biogeochimici .
Infatti, il funzionamento degli ecosistemi si basa essenzialmente sulla conversione dell'energia solare in energia chimica da parte di organismi autotrofi , grazie alla fotosintesi (esiste anche la chemiosintesi senza l'utilizzo dell'energia solare). Ciò si traduce nella produzione di zuccheri e nel rilascio di ossigeno . Questo ossigeno viene utilizzato da un gran numero di organismi - sia autotrofi che eterotrofi - per abbattere gli zuccheri attraverso la respirazione cellulare , liberando così acqua , anidride carbonica e l'energia necessaria al loro funzionamento. Pertanto, l'attività degli esseri viventi è all'origine della composizione specifica dell'atmosfera terrestre, la circolazione dei gas è assicurata da grandi correnti d'aria .
Gli esseri viventi partecipano attivamente al ciclo dell'acqua . Le piante infatti hanno bisogno di acqua per il trasporto alle foglie dei nutrienti catturati dalle radici, una volta raggiunta le foglie l'acqua evapora. La vegetazione facilita quindi il trasporto dell'acqua dal suolo all'atmosfera, questo è il processo di traspirazione delle piante . nei continenti, la traspirazione delle piante è di gran lunga il maggior contribuente all'evapotraspirazione (dall'80 al 90%).Le foreste e in particolare le foreste tropicali svolgono un ruolo importante nel ciclo dell'acqua.
Inoltre, la composizione dei suoli è il risultato della composizione del substrato roccioso , dell'azione geologica e degli effetti cumulativi degli esseri viventi.
Le interazioni esistenti tra i vari esseri viventi sono accompagnate da un rimescolamento permanente di sostanze minerali e organiche, assorbite dagli esseri viventi per la loro crescita, il loro mantenimento e la loro riproduzione, e scartate come rifiuti. Questi riciclo permanente di elementi (in particolare carbonio , ossigeno , azoto ) e acqua ) sono chiamati cicli biogeochimici . Danno alla biosfera una stabilità duratura, a parte l'intervento umano e fenomeni geoclimatici eccezionali.
Studi planetari globaliPer comprendere meglio il funzionamento della biosfera, il bilancio energetico e le disfunzioni legate all'attività umana, è stato innanzitutto necessario utilizzare modelli ridotti di ecosistemi, i mesocosmi . Gli scienziati americani hanno realizzato un modello dell'intero pianeta, chiamato Biosphere II .
Oggi, le osservazioni su scala planetaria consentono di creare modelli computerizzati dell'intera biosfera. È così possibile osservare gli effetti del riscaldamento globale sulla distribuzione degli ecosistemi su interi continenti.
Attraverso il meccanismo della selezione naturale , le interazioni che gli esseri viventi mantengono con il loro ambiente fisico e con individui di altre specie (la loro ecologia, in breve) hanno plasmato l'evoluzione delle specie. L'ecologia evoluzionistica considera l'influenza della storia evolutiva delle specie, oltre ai fattori degli ambienti attuali, per spiegare le variazioni del mondo vivente osservate oggi.
Sottoposte alle stesse forze di selezione, specie diverse subiranno una convergenza evolutiva . Vale a dire, ha organi che svolgono la stessa funzione ma hanno un'origine diversa. La struttura dell'organo può o non può essere diversa. Esempi di convergenza includono l'idrodinamica di squali, delfini e ittiosauri o l'adattamento della lingua di formichieri, pangolini e picchi.
In biologia, la coevoluzione descrive le trasformazioni che avvengono durante l'evoluzione tra due specie (coevoluzione di coppia) o più di due specie (coevoluzione diffusa) a causa delle loro reciproche influenze.
Questo fenomeno di coevoluzione si osserva in diversi casi:
I biomi sono gruppi biogeografici di ecosistemi per regioni climatiche. Il bioma costituisce una formazione biogeografica omogenea su una vasta area (es. tundra o steppa ).
L'insieme dei biomi, o insieme dei luoghi dove è possibile la vita (dalle montagne più alte agli abissi), costituisce la biosfera .
Gli ecosistemi non sono isolati l'uno dall'altro, ma interdipendenti. Ad esempio, l' acqua circola da uno all'altro attraverso il fiume o il fiume . Il mezzo liquido stesso definisce gli ecosistemi. Alcune specie, come il salmone o le anguille d'acqua dolce , passano da un sistema marino a un sistema d'acqua dolce e viceversa. Queste relazioni tra ecosistemi hanno portato alla nozione di bioma .
I biomi corrispondono abbastanza bene a suddivisioni distribuite latitudinalmente, dall'equatore verso i poli, a seconda dell'ambiente (acquatico, terrestre, montano) e del clima (la distribuzione è generalmente basata sugli adattamenti della specie al freddo e/o al la siccità). Ad esempio in mare troviamo piante acquatiche solo nella parte fotica (dove penetra la luce), mentre in montagna troviamo principalmente conifere.
Queste divisioni sono abbastanza schematiche ma, nel complesso, latitudine e altitudine consentono una buona rappresentazione della distribuzione della biodiversità all'interno della biosfera. Molto in generale, la ricchezza in biodiversità, sia animale che vegetale, sta diminuendo dall'equatore (come in Brasile ) ai poli .
Un'altra modalità di rappresentazione è la suddivisione in ecozone , che oggi è molto ben definita e segue essenzialmente i confini continentali. Le ecozone sono a loro volta divise in ecoregioni , sebbene la definizione dei loro contorni sia più controversa.
L'approccio funzionale all'ecologia si stacca dalla composizione specifica degli ecosistemi per concentrarsi su fenomeni fisici, chimici o biologici osservabili. Classificando gli organismi in gruppi funzionali, è possibile da un lato eliminare l'identificazione delle specie, dall'altro confrontare ecosistemi che possono apparire molto diversi (per distanza geografica, specie presenti e ambiente fisico ). L'ecologia funzionale studia il flusso di materia ed energia tra i diversi compartimenti dell'ecosistema. Per fare ciò, usa un approccio spesso calcolatore della natura, quantificando la produzione primaria o la respirazione.
Gli studi sul funzionamento degli ecosistemi possono essere effettuati alla scala di un intero ecosistema, oppure utilizzando i mesocosmi , esperimenti su piccola scala effettuati in laboratorio. Infatti se sembra semplice misurare la massa di materiale vegetale ( biomassa ) prodotto ogni anno in un prato, falciandolo e poi pesando lo sfalcio ottenuto dopo averlo essiccato, lo stesso esperimento è impossibile da effettuare in foresta tropicale.
I gruppi funzionali possono essere definiti a diversi livelli di organizzazione. Possiamo considerare l'insieme dei produttori primari così come quello delle piante erbacee le cui radici prendono risorse ad una profondità compresa tra 5 e 20 cm nel suolo. Le specie, raggruppate secondo il loro ruolo nell'ecosistema, formano comunità . Talvolta è estremamente difficile identificare le specie presenti in alcuni tipi di ecosistemi (suolo, foresta tropicale, praterie); questo approccio offre quindi ulteriori vantaggi.
I diversi livelli della piramide alimentare sono esempi di gruppi funzionali: produttori primari, consumatori primari, poi consumatori secondari. Una singola specie può appartenere a più di queste categorie, ad esempio uno scoiattolo è un consumatore primario quando si nutre di noci e un consumatore secondario o addirittura terziario quando mangia un uovo o un uccellino.
I gruppi funzionali possono essere definiti secondo le strategie portate dalla specie di fronte a fattori ambientali. In botanica le piante possono quindi essere classificate a seconda che siano resistenti ai disturbi (= incidenti), allo stress (a lungo termine) o, al contrario, se siano ruderali (= competitive senza stress e disturbi). Altre classificazioni si basano sulla strategia di dispersione dei semi, accesso alla luce nella foresta, ecc.
I gruppi funzionali possono essere suddivisi in sottogruppi a un gran numero di scale, come i gruppi filogenetici ( phyllum - ordine - famiglia - genere - specie - sottospecie - popolazione…). Così, per i necrofagi (che comprendono uccelli, mammiferi, insetti, ecc.), all'interno del gruppo dei renderer, il primo anello in decomposizione, come gli avvoltoi , possiamo distinguere ripper, inghiottitori, raschiatori/pulitori di ossa e frantumatori.
Da una prospettiva abbastanza antropocentrica, è stata proposta l'identificazione dei servizi ecosistemici . Si tratta di calcolare ciò che la natura offre alle società umane. L'ecologia funzionale mira quindi a definire e quantificare questi servizi: i servizi culturali rientrano piuttosto nell'ambito della sociologia . Questi servizi includono ad esempio:
Questi concetti hanno anche dato origine ai termini biomassa (massa totale di materia vivente in un determinato luogo), produttività primaria (aumento della massa delle piante in un dato tempo) e produttività secondaria (massa di materia vivente prodotta da consumatori e decompositori. in un dato momento).
Queste ultime due informazioni sono essenziali, poiché consentono di valutare il numero di esseri viventi che può essere sostenuto da un dato ecosistema, che si chiama capacità di carico . Infatti, l'osservazione di una rete alimentare mostra che tutta l'energia contenuta a livello dei produttori non viene trasferita totalmente al livello dei consumatori.
La produttività degli ecosistemi è talvolta stimata confrontando tre unità di terra e un'unità continentale:
Le azioni umane negli ultimi secoli hanno portato ad una significativa riduzione dell'area forestale ( deforestazione ) e all'aumento degli agroecosistemi (pratica dell'agricoltura ). Inoltre, negli ultimi decenni, è stato osservato un aumento dell'area occupata da ecosistemi estremi ( desertificazione ) .
In generale, una crisi ecologica è ciò che si verifica quando l' ambiente biofisico di un individuo, di una specie o di una popolazione di specie si evolve in modo sfavorevole alla sua sopravvivenza. Tre fattori possono portare a una tale crisi.
Può trattarsi di un ambiente la cui qualità si deteriora in relazione alle esigenze della specie, a seguito di cambiamenti di fattori ecologici abiotici (ad esempio, durante un aumento della temperatura, meno precipitazioni. importante).
Può anche essere un ambiente che diventa sfavorevole alla sopravvivenza della specie (o di una popolazione) a seguito di una modifica dell'habitat. Ad esempio, durante la pesca industriale intensiva, i raccolti da parte dei predatori e l'aumento della frequenza dei disturbi ambientali modificano le condizioni dell'habitat e portano alla scomparsa di alcune specie.
Infine, può anche trattarsi di una situazione che diventa sfavorevole alla qualità della vita della specie (o della popolazione) a seguito di un eccessivo aumento del numero di individui ( sovrappopolazione ).
L'ecologia apre molte aree di riflessione, che portano a diverse discipline:
Ecologia della Conservazione - Ecologia del Campo - Agroecologia - Ingegneria Ecologica e Gestione del Restauro a cura di Ecologia del Restauro a livello teorico.
La ricerca in ecologia dà luogo alla pubblicazione di un gran numero di articoli. La Directory of Open Access Journals elenca più di 300 riviste scientifiche che pubblicano articoli, in open access , nel campo dell'ecologia.