L'ecosistema

L'ecosistema è l'unità ecologica fondamentale, formata da una comunità di organismi viventi in una determinata area (biocenosi) e dallo specifico ambiente fisico (biotopo), con il quale gli organismi sono legati da complesse interazioni e scambi di energia e di materia. Un ecosistema comprende diversi habitat e differenti nicchie ecologiche .L'habitat è il luogo fisico dove un animale o una pianta vivono normalmente, in genere caratterizzato da una forma vegetale o da un aspetto fisico dominante (per esempio, un corso d'acqua o una foresta). La nicchia ecologica è il ruolo ecologico, o "funzione", che ogni specie occupa all'interno di un habitat, cioè è uno spazio che include tutti gli aspetti dell'esistenza di quella specie. Per esempio, una nicchia ecologica è definita dalle esigenze alimentari, dalle abitudini di vita e dalle interazioni della specie considerata con altre specie, oltre che dalle condizioni climatiche e chimico-fisiche. La nicchia ecologica è unica per ogni specie (per esempio, è noto il caso di cinque specie di uccelli insettivori che si procurano il cibo in differenti zone specifiche di una stessa specie di abete in Nordamerica).

Flusso di energia

I processi vitali che si svolgono negli ecosistemi sono basati su una rete di trasformazioni chimiche che comprendono: la sintesi di materia organica (biomassa), cioè di molecole organiche complesse con legami ricchi di energia (carboidrati, lipidi, proteine) a partire da composti inorganici semplici (acqua, diossido di carbonio, sali minerali) prelevati dall'ambiente; la degradazione della materia organica a composti inorganici semplici con legami poveri di energia, che vengono restituiti all'ambiente per essere nuovamente riutilizzati. Per assicurare il mantenimento di queste trasformazioni chimiche, e quindi della vita sulla Terra, l'ecosistema necessita di un flusso continuo di energia dall'esterno: questa viene fornita dal Sole e quindi si può considerare praticamente illimitata. L'energia solare viene utilizzata dall'ecosistema mediante le piante verdi, in grado di sfruttarla per fabbricare da sé il proprio nutrimento: attraverso la fotosintesi le piante trasformano l'energia luminosa in energia chimica, utilizzandone una parte per i propri bisogni fisiologici e immagazzinando il resto. Il trasferimento di energia agli altri organismi dell'ecosistema avviene attraverso le catene alimentari che collegano tra di loro i componenti della biocenosi.

Catene e reti alimentari

Una catena alimentare è data dalla successione con cui alcuni organismi si alimentano di quelli che li precedono e, a loro volta, costituiscono alimento per quelli che li seguono. Secondo il posto occupato nella catena alimentare, gli organismi si collocano a diversi livelli trofici (alimentari): produttori, consumatori e decompositori. I produttori sono il punto di partenza delle catene alimentari; sono le piante verdi e, più in generale, gli organismi autotrofi (comprendenti alcuni batteri, come i cianobatteri), che catturano l'energia dall'esterno e la rendono disponibile nell'ecosistema; I consumatori sono distinti in primari, secondari, terziari ecc.

-          -  consumatori primari sono gli erbivori che si nutrono direttamente dei vegetali;

-         -   consumatori secondari sono i carnivori che si nutrono di erbivori;

-          -  consumatori terziari sono i carnivori che si nutrono di altri carnivori.

I decompositori sono costituiti da invertebrati, funghi e batteri che si nutrono di altri organismi morti, operandone la decomposizione in composti semplici, che sono rimessi in circolazione. I consumatori e i decompositori, che devono procurarsi il nutrimento da materia organica preformata, sono eterotrofi. Le diverse catene alimentari di un ecosistema sono integrate tra loro a formare complesse reti alimentari. Il passaggio dell'energia attraverso l'ecosistema è unidirezionale, cioè va dai produttori ai consumatori e ai decompositori, e a ogni stadio una parte di energia si degrada, nel senso che viene dissipata sotto forma di calore ed è perduta dall'ecosistema. Nel passaggio da ogni livello trofico a quello successivo, quindi, la quantità di energia o, ciò che è lo stesso, di materia organica resa disponibile si riduce via via. Questa diminuzione di livello in livello viene rappresentata dalla cosiddetta piramide alimentare; in un ecosistema, la piramide alimentare z è espressa, per ogni livello, in termini di biomassa, cioè di quantità in peso di materia organica secca (costitutiva degli organismi) per unità di superficie (la piramide alimentare riflette quindi la piramide dell'energia in un ecosistema).

Le piramidi ecologiche

Le piramidi ecologiche mostrano graficamente le relazioni tra numeri, biomassa e flussi di energia (metabolismo) a livello di comunità biotica: il primo livello trofico o produttore forma la base e i successivi livelli trofici formano gli strati.

Ci sono tre tipi di piramidi ecologiche:

–         di numero = numero di organismi viventi presenti su ciascun livello trofico di un ecosistema; tendono ad essere invertite quando i produttori a livello individuale sono in media molto più grandi dei consumatori, come nelle foreste temperate decidue

–         di biomassa = quantità di biomassa stabile presente in ciascun livello trofico di un ecosistema; tendono ad essere invertite quando a livello individuale i produttori sono in media più piccoli dei consumatori, come nelle comunità acquatiche dominate dalle alghe planctoniche

–         di energia = tassi del flusso di energia attraverso diversi livelli trofici di un ecosistema; devono avere sempre una forma dritta

Di conseguenza, il flusso di energia fornisce una base migliore di numeri biomassa per confrontare ecosistemi e popolazioni.