Ecosistema

Un esempio di ecosistema: una foresta pluviale tropicale

Un esempio di ecosistema marino: una barriera corallina

Un ecosistema è un insieme naturale formato da una comunità di organismi viventi e dall'ambiente fisico nel quale essi vivono. È costituito da due componenti in stretta relazione: la prima rappresentata dagli organismi viventi (comunità biologica o biocenosi) e l'altra dall'ambiente fisico (componente abiotica o biotopo) in cui essi vivono. Come tale l'ecosistema è una porzione dell'ecosfera e quindi della biosfera.

La più efficace e moderna definizione di ecosistema è quella proposta da Eugene P. Odum (1953), per il quale l’ecosistema è:

«l’unità che include tutti gli organismi che vivono insieme in una certa area (comparto biotico), interagenti con l’ambiente fisico (comparto abiotico) in modo tale che un flusso di energia porti ad una ben definita struttura biotica e ad un ciclo dei materiali tra viventi e non viventi all’interno del sistema stesso.»

L’ecosistema è il grado di complessità maggiore dell’organizzazione gerarchica dei sistemi biologici: fondamentalmente un ecosistema è una comunità di organismi viventi che vivono in una stessa area geografica più l’ambiente fisico, abiotico, in cui tale comunità vive. In un ecosistema coesistono sia le proprietà biotiche (gli organismi, che rappresentano una comunità) sia le proprietà abiotiche (le caratteristiche non viventi dell’ambiente, quali ad esempio la temperatura, le precipitazioni, il clima, la luce, l’energia, la materia, i nutrienti ecc.) dell’ambiente. L’ecosistema può essere considerato come la risultante delle interazioni tra la comunità e l’ambiente abiotico nel quale questa è inserita.

Storia del concetto di ecosistema

Il botanico inglese Arthur Tansley, che nel 1935 ha coniato il termine "ecosistema"

Il termine "ecosistema" fu coniato dal botanico inglese Arthur Tansley (1935), per fare riferimento a tutte le componenti di un sistema ecologico, biotiche ed abiotiche, che influenzano il flusso di energia ed elementi. Tansley definisce l’ecosistema come:

«una porzione di biosfera delimitata naturalmente includente un insieme di organismi che interagiscono tra loro e con l’ambiente che li circonda.»

Con accezione non dissimile da quella di Tansley, i ricercatori della scuola russa Sukachev e Dylis coniano nel 1944 il termine biogeocenosi, il sistema di una comunità di organismi e dell’ambiente fisico che li sostiene.

Meno di vent’anni dopo, Eugene P. Odum (1953) propone una ulteriore definizione di ecosistema:

«un insieme di organismi (comparto biotico) ed ambiente (comparto abiotico) che sono biunivocamente interagenti in modo tale da determinare un continuo scambio (ciclo) dei materiali grazie alla presenza di un continuo flusso unidirezionale di energia.»

Odum ha definito l’ecosistema anche in questo modo:

«ogni comunità che include tutti gli organismi presenti in una data area che interagiscono con l’ambiente fisico nonché i flussi di energia che permettono di definire la struttura trofica, la biodiversità, e i cicli della materia (ad esempio gli scambi di materia tra componenti viventi e non viventi) all’interno del sistema.»

Secondo Aber & Melillo un ecosistema è definito come:

«la somma di tutte le componenti biologiche e non biologiche presenti in un’area che interagiscono e determinano la crescita delle piante e il loro decadimento, la formazione di suoli e sedimenti e le trasformazioni dell’acqua.»

Chapin e colleghi (2002) definiscono l’ecosistema come:

«un complesso sistema ecologico costituito da tutti gli organismi presenti in un’area e l’ambiente fisico con cui interagiscono.»

Il concetto di ecosistema si basa sull’idea che la componente biologica (biotica) e quella fisica (abiotica) dell’ambiente interagiscono tra loro formando un unico sistema interattivo e funzionale. Useremo la seguente definizione di ecosistema: definiamo ecosistema l’insieme della comunità biologica associata ai fattori abiotici dell’ambiente. Un ecosistema è pertanto un sistema funzionale che include gli organismi di una comunità naturale ed il loro ambiente abiotico. Quindi il concetto di ecosistema comprende sia la componente vivente sia la componente non vivente, ed include le reciproche influenze della componente biotica e di quella abiotica. L’ecosistema è pertanto un particolare tipo di sistema biologico formato da due componenti di natura differenti che interagiscono tra loro (biotica ed abiotica). L’ecologia, la cui progressione storica è parallela all’evolversi del concetto stesso di ecosistema, ha da sempre avuto necessità di definire un’unità che, sia spazialmente sia funzionalmente, permetta di porre un limite strutturale di indagine, unità che definiamo ecosistema.

L’ecosistema è considerato come un’entità funzionale, prima che lo studio sugli ecosistemi rivoluzionò il pensiero ecologico si studiavano gli organismi, al massimo le comunità, e si producevano elenchi, lunghi elenchi di specie che la costituivano, ma non si vedeva quell’insieme come un’unica entità, fortemente collegata con l’ambiente abiotico.

Anche quando Tansley introdusse il concetto di ecosistema nel 1935 ci volle qualche anno prima che l’ecologia iniziò ad approcciarsi all’ambiente e alle relazioni tra organismi ed ambiente con l’attuale approccio ecosistemico, olistico.

L'ecologo americano Raymond Lindeman

Nel 1942 la rivista Ecology pubblicò un articolo controverso scritto da Raymond Lindeman, un lavoro intitolato The Trophic-Dynamic Aspect of Ecology (1942), che descriveva le relazioni tra organismi e il flusso di energia in un lago del Minnesota. In questo lavoro Lindeman analizza la comunità non da un punto di vista semplicemente descrittivo (quante e quali specie ci sono) ma dal punto di vista funzionale, in base al ruolo degli organismi nella comunità. Lindeman aveva studiato le relazioni energetiche tra gli organismi e le componenti non viventi nell’ecosistema del lago. Piuttosto che raggruppare tali componenti, piante, animali e batteri in base al loro gruppo tassonomico e alla loro abbondanza nella comunità, Lindeman le raggruppò in categorie basate principalmente su come esse ottenessero l’energia. Le sue osservazioni sull’importanza della base energetica del sistema e sull’efficienza del trasferimento di energia tra le componenti biotiche del sistema erano innovative. La trattazione di Lindeman del flusso di energia nel lago fu considerata troppo teorica e il suo lavoro venne inizialmente respinto. Gli editori, successivamente, riconsiderarono l’articolo, dopo che il mentore di Lindeman, il biologo George Evelyn Hutchinson, sostenne la sua accettazione. L’articolo di Lindeman del 1942 fu tra i primi nell’ambito dell’approccio ecosistemico ed è ora considerato un documento di fondamentale importanza nella storia dell’ecologia.

Struttura e funzionamento degli ecosistemi

Un ecosistema presenta:

• una sua struttura, rappresentata da componenti biotiche e componenti abiotiche;
• un suo funzionamento, che consiste in processi quali flussi di energia e cicli della materia.

La componente abiotica degli ecosistemi comprende l’insieme dei fattori abiotici che compongono l’ecosistema. Tra questi fattori svolgono un ruolo importante le sostanze inorganiche che derivano dalle rocce e dai suoli, dalla decomposizione e degradazione della biomassa degli organismi alla loro morte, dalle deiezioni e secrezioni degli organismi viventi, e (se inorganiche) dalla mineralizzazione (conversione di molecole organiche in molecole inorganiche operata dai microrganismi decompositori). Queste sostanze includono acqua, anidride carbonica, ossigeno, sali di calcio, azoto, fosforo, zolfo.

Un ecosistema è caratterizzato da una componente abiotica, ossia l'insieme delle condizioni ambientali abiotiche di una determinata area, e della componente biotica, ossia l'insieme degli organismi viventi che occupano questa area (che prende il nome di comunità biologica o biocenosi)

La componente biotica degli ecosistemi include tutti gli organismi viventi che, in funzione della posizione nella catena alimentare, possono essere distinti in produttori primari (organismi autotrofi, in grado cioè di sintetizzare materia organica a partire da molecole inorganiche, come le alghe e le piante), consumatori primari (eterotrofi erbivori), consumatori secondari (eterotrofi carnivori), detritivori e decompositori (eterotrofi che consumano sostanza organica morta).

Ogni ecosistema è costituito da una o più comunità di organismi viventi (biotici) e da elementi non viventi (abiotici) che interagiscono tra loro; una comunità è a sua volta l'insieme di più popolazioni, costituite ognuna da organismi della stessa specie. L'insieme delle popolazioni, cioè la comunità, interagisce dunque con la componente abiotica formando l'ecosistema, nel quale si vengono a creare delle interazioni reciproche in un equilibrio dinamico controllato da uno o più meccanismi fisico-chimici di retroazione (detti anche "feedback"). Un ecosistema è un sistema aperto, con strutture e funzioni caratteristiche e specifiche, determinate da:

• flusso di energia;
• circolazione di materia ed energia (chimica, calorica e meccanica) tra componente biotica e abiotica.

Gli ecosistemi presentano quattro caratteristiche comuni:

• sono sistemi aperti;
• sono sempre formati da una componente abiotica e da una componente biotica;
• sono strutture interconnesse con altri ecosistemi, assieme ai quali formano dei macro-ecosistemi detti "paesaggi" (Humboldt, Troll);
• tendono a raggiungere e a mantenere nel tempo un equilibrio dinamico e quindi una particolare stabilità evolvente.

La componente abiotica è costituita dagli elementi non viventi, dai componenti organici e inorganici e da fattori climatici. La componente biotica è costituita da organismi animali e vegetali che si possono considerare come appartenenti a tre diverse categorie: i produttori primari, i consumatori e i decompositori.

Flusso dell'energia negli ecosistemi

Schema di rete alimentare.

Nella quasi totalità degli ecosistemi terrestri il flusso di energia si origina dalla radiazione solare che, a differenza della materia, non è riciclabile, ma viene mandata in modo costante dal Sole.

Una volta raggiunta la Terra, solo una piccola parte di questa energia viene catturata ed utilizzata dagli organismi autotrofi fotosintetici per la trasformazione della sostanza inorganica in sostanza organica.

La reazione chimica che permette di immagazzinare l'energia luminosa solare è la fotosintesi clorofilliana, che avviene nelle parti verdi delle piante acquatiche e terrestri, microscopiche come le alghe unicellulari o enormi come la sequoia. In questo modo si ottengono i tre tipi fondamentali di composti organici: carboidrati, grassi e proteine.

Catena alimentare

Esempio di catena alimentare

Attraverso la catena alimentare o, più correttamente, la rete alimentare, la materia organica viene poi utilizzata come fonte di energia dagli organismi eterotrofi, entrando così in circolo nell'ecosistema.
La catena alimentare è una semplificazione del rapporto che esiste tra gli organismi viventi, e prende in esame uno solo dei possibili percorsi che la materia compie nell'ecosistema. È preferibile parlare di rete alimentare perché i rapporti tra i viventi sono estremamente complessi, specialmente negli ecosistemi evoluti, come il climax.

In sintesi parte delle sostanze chimiche inorganiche presenti nel terreno (cioè acqua e sali minerali) e nell'aria (anidride carbonica) vengono trasformate in sostanze organiche, che costituiscono prima di tutto i tessuti degli organismi vegetali, le piante cioè, che sono il primo anello della catena alimentare, e vengono definite produttori. I consumatori primari, cioè gli erbivori (insetti ed animali superiori), se ne nutrono, e sfruttano l'energia chimica immagazzinata nelle sostanze organiche prodotte dai produttori. A loro volta questi consumatori primari sono preda dei consumatori secondari, cioè dei carnivori, predatori (ad esempio grandi felini, rapaci, invertebrati predatori come ragni e scorpioni, pesci, e così via).

A volte è difficile stabilire in modo preciso i vari rapporti che si formano tra prede e predatori, con i consumatori che possono essere primari, cioè di primo livello, secondari, cioè di secondo livello, e così via, sino ad arrivare ai predatori apicali, che di solito, in un ecosistema sono sempre poco numerosi. Tra i consumatori apicali o finali ci sono i grandi rapaci, come l'aquila, oppure, tra i mammiferi, il lupo, la volpe, o la tigre e il leone, a seconda dell'ambiente geografico. Quando produttori e consumatori muoiono e non vengono utilizzati da altri membri della catena, i decompositori (batteri, funghi) smontano le sostanze organiche in elementi e composti inorganici che concimeranno il terreno ed entreranno di nuovo nel ciclo.

Un ecosistema è in equilibrio quando la catena del ciclo alimentare si chiude e quando le innumerevoli e multiformi relazioni fra gli organismi viventi (come il parassitismo, simbiosi, commensalismo) funzionano in modo da regolare il delicato meccanismo di un ecosistema all'interno dell'ecoregione.

Tipologia degli ecosistemi

Vi sono, nella classificazione antropologica, due classi di ecosistemi:

• l'ecosistema generalizzato: è un ecosistema in cui si trova una grande complessità di specie animali e vegetali che vivono in simbiosi tra loro e il cui squilibrio può portare a gravi reazioni a catena;
• l'ecosistema specializzato: è un ecosistema che produce molto in termini agricoli ma impoverisce la terra (ad esempio terreni agricoli sottoposti a monocoltura e apicoltura).

Da un altro punto di vista, si distinguono:

• ecosistemi naturali: che, una volta raggiunto l'equilibrio ecologico (climax) hanno una elevata produttività lorda e una produttività netta nulla;
• ecosistemi artificiali: con una minore produttività lorda e con una produttività netta positiva (quelli agricoli) o negativa (quelli urbani).

Gli ecosistemi naturali sono importanti in particolar modo per le leggi fisiche che li caratterizzano nel tempo rispettando la nota legge di potenza, applicabile ai più svariati campi. Gli ecosistemi possono essere rappresentati come reti in due principali tipi:

• rete egualitaria o punto a punto: in caso di attacco casuale si dimostra più fragile, ma è più resistente all'attacco mirato;
• rete elitaria con pochi nodi più interconnessi: più resistente nell'attacco casuale, ma vulnerabile in quello mirato.

Un ecosistema si definisce fragile o poco resiliente se ha un basso livello di biodiversità (vegetale, animale, ecc.) perché più debole nei casi di stress ambientali (intossicazione, introduzione di specie diverse più aggressive, ecc.) rispetto ad uno a più elevato livello di biodiversità, più resiliente, il quale è favorito per la sua sopravvivenza e per la quantità di biomassa (vegetale, animale ecc.) che ne costituisce l'habitat.

Alterazioni antropiche degli ecosistemi

Negli ultimi secoli, l'attività umana ha modificato profondamente gli ecosistemi, causando deforestazione, inquinamento e cambiamenti climatici che influenzano la biodiversità.

Servizi ecosistemici

La qualità e la salute degli ecosistemi è correlata alla salute dell’uomo. La sopravvivenza delle popolazioni umane dipende dal funzionamento degli ecosistemi per l’approvvigionamento di acqua pulita, cibo e materiali, per il riciclo della materia, la composizione dell’atmosfera, la formazione del suolo, e per molte altre funzioni. A partire dagli anni Settanta queste funzioni sono state riconosciute come “servizi pubblici degli ecosistemi globali”, o come “servizi della natura”, fino agli anni Ottanta quando il biologo statunitense Ehrlich (1981) introdusse per la prima volta il concetto di “servizi ecosistemici”.

Gli ecosistemi delle foreste a mangrovie, che si sviluppano nelle aree costiere tropicali in determinate condizioni di temperatura, salinità, nutrienti e idrodinamismo, offrono importanti servizi ecosistemici: le piante di mangrovie stabilizzano i sedimenti riducendo l’erosione costiera ad opera del moto ondoso; hanno un ruolo nella regolazione climatica riducendo gli effetti di condizioni climatiche estreme come i tifoni e sequestrando anidride carbonica a velocità maggiori rispetto alle piante terrestri; sono una preziosa fonte di legname e combustibile ed offrono un habitat idoneo e una zona di riproduzione a molte specie di pesci di interesse commerciale, rappresentando quindi importanti zone di pesca per le popolazioni umane locali; hanno un interesse turistico.

I servizi ecosistemici (Ehrlich, 1981) sono i benefici che l’umanità ottiene dagli ecosistemi; illustrano il legame che esiste tra l’ambiente e la biodiversità del pianeta e il benessere delle persone, in termini di ricchezza, nutrizione e sicurezza. Sono state riconosciute quattro categorie di servizi ecosistemici: servizi di approvvigionamento, servizi di regolazione, servizi di supporto, servizi culturali.

• Servizi di approvvigionamento: la fornitura di beni (noti anche come “risorse naturali”) che danno un beneficio diretto all’umanità, come cibo, acqua, legname, fibre, composti medicinali, ma anche risorse di natura geologica, come combustibili fossili, fosforo e metalli. Molti di questi, ma non tutti, hanno un valore di mercato che ne regola il rapporto tra domanda e offerta.

• Servizi di regolazione: la gamma di funzioni svolte dagli ecosistemi con un beneficio indiretto per l’umanità, per esempio la regolazione del clima tramite lo stoccaggio di anidride carbonica nelle biomasse, la protezione da frane e inondazioni grazie alla vegetazione, l’impollinazione esercitata da svariati animali, il riciclo della materia organica e la depurazione dell’acqua da parte dei microrganismi, la formazione di ozono nella stratosfera che protegge da radiazioni ultraviolette nocive per la vita biologica. Gli ecosistemi regolano la composizione dell’atmosfera, l’aria che respiriamo, regolano il clima, riducono gli effetti degli eventi catastrofici in caso di eventi climatici estremi. Spesso vengono considerati “servizi gratuiti” poiché non hanno un valore monetario associato, che viene riconosciuto solo quando questi servizi vengono persi o degradati.

• Servizi di supporto: servizi che non forniscono benefici diretti all’uomo, ma che sono necessari per il funzionamento degli ecosistemi e quindi, indirettamente, per la fornitura di tutti gli altri servizi ecosistemici e la conservazione della diversità biologica e genetica della Terra. Esempi sono funzioni ecosistemiche come la formazione del suolo, la fotosintesi, il ciclo biogeochimico dei nutrienti; anche alcuni processi geofisici rientrano in questa categoria, per esempio il fenomeno delle maree che regola la produttività degli ambienti marini costieri, o il fenomeno delle correnti di upwelling, che rendono disponibili ai produttori primari marini i nutrienti stoccati nelle profondità oceaniche, supportando catene trofiche che risultano nella fornitura all’uomo di cibo proteico.

• Servizi culturali: la fornitura attraverso l’ambiente  di opportunità di riflessione, arricchimento spirituale, sviluppo cognitivo, esperienze ricreative ed estetiche. Contribuendo a soddisfare bisogni e desideri della società, sono quantificabili tramite la disponibilità delle persone a pagare per la fruizione di questi servizi.

La visione della natura come entità funzionale alla sopravvivenza dell’uomo, per quanto antropocentrica e utilitaristica, ha di fatto stimolato la percezione che tutti gli ecosistemi, anche quelli meno storicamente apprezzati come le aree umide, abbiano in realtà un elevato valore intrinseco e siano quindi beni preziosi da proteggere e non deteriorare. Il concetto di servizi ecosistemici ha inoltre contribuito a evidenziare il fatto che la sopravvivenza dell’uomo dipenda dagli ecosistemi e dal loro stato di salute, e che quindi le azioni di conservazione della biodiversità trascendano la natura dell’etica ambientale e vadano nella direzione più pragmatica di garantire il benessere umano.

Bibliografia

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• Chelazzi G., Provini A., Santini G. Ecologia. Dagli organismi agli ecosistemi. Casa Editrice Ambrosiana, 2004
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• Galassi S., Modonesi C. Ecologia dell'antropocene. La crisi planetaria provocata da un animale culturale. Aracne, 2017
• Galassi S. Era una casa. Riflessioni per il riordino della casa comune. Aracne, 2020
• Giacomini V. Perché l'ecologia, La Scuola, Brescia 1980
• Kauffman S. A casa nell'universo, ISBN 88-359-4897-5, Ed. Riuniti, 2001
• Miller J. G. La teoria generale dei sistemi viventi, Franco Angeli, Milano 1971
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• Pusceddu A., Sarà G., Viaroli P. Ecologia. UTET Università, 2020
• Smith T. M., Smith R. L. Fondamenti di ecologia. Pearson

Voci correlate

• Ecologia
• Botanica
• Bioma
• Biosfera
• Biota (ecologia)
• Cicli biogeochimici
• Ecoregione
• Fauna
• Flora (botanica)
• Teoria generale dei sistemi
• Ecosistema terrestre
• Servizi ecosistemici

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• (EN) ecosystem, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN, FR) Ecosistema, su Enciclopedia canadese.
• Animali, Piante, Ecosistemi sul sito del WWF Italia, su wwf.it. URL consultato il 1º marzo 2018 (archiviato dall'url originale il 1º ottobre 2009).