FATTORI ECOLOGICI: relazioni tra organismi e ambiente fattori limitanti e nicchia ecologica.

Il successo di un organismo in un determinato ambiente dipende dalla armonica interazione di vari fattori ecologici.

Col termine fattore ecologico indichiamo qualsiasi componente chimica, fisica, biologica, che può influire sul modo di vivere di un organismo, sulle sue capacità di sfruttare le risorse. L'insieme di fattori ecologici può essere suddiviso in modo un pò arbitrario in due grandi famiglie: fattori biotici e fattori abiotici.

I primi sono rappresentati dalle interazioni intraspecifiche (competizione) e interspecifiche (predazione, simbiosi mutualistica, parassitismo ecc...). Le seconde, sono fattori come il clima, la luce, le caratteristiche chimico-fisiche del suolo ecc...

I Fattori ecologici possono essere suddivisi anche in risorse e condizioni. Una risorsa è un qualcosa che può essere sfruttata da un organismo per svolgere le sue funzioni principali, risorsa che può essere consumata (sostanze nutritive ma non solo) e che se diventa limitante può rallentare la crescita e la riproduzione di un organismo. La luce è un esempio di risorsa, le piante attraverso il processo fotosintetico trasformano l'energia luminosa in energia chimica di legame che poi viene utilizzata per la sintesi di composti organici, nutrienti, che possono essere assorbiti e assimilati direttamente o indirettamente dagli organismi. Risorsa quindi come fattore ecologico per la quale organismi di una stessa specie o di specie diverse possono competere. Condizione è un fattore che non può essere consumato (temperatura, umidità ecc...) ma che può influire sul comportamento di un organismo e sulla sua capacità di sfruttare le risorse. Una risorsa può essere anche condizione, prendiamo sempre ad esempio la luce, abbiamo accennato qualche rigo sopra all'importanza che può avere a partire dal processo fotosintetico portato avanti dalle piante, l'alternarsi di luce e buio e le variazioni stagionali del periodo di luce possono influenzare la fioritura o la riproduzione degli organismi. L'acqua è una risorsa fondamentale in quanto sfruttata dai viventi per mantenere in pareggio il bilancio idrico, l'umidità (di cui l'acqua è un componente fondamentale) può influenzare la traspirazione degli organismi e quindi il loro bilancio idrico.

Ogni organismo possiede nei confronti di ciascun fattore ecologico dei limiti di tolleranza superato il quale il fattore ecologico diventa limitante, impedendo la riproduzione degli organismi, la vita ecc..indipendentemente dal fatto che altri fattori ecologici presenti nell'ambiente in cui l'organismo vive non siano limitanti.

"Ogni organismo di fronte ai fattori ambientali ha un intervallo di tolleranza compresi tra un minimo e un massimo che determina quello che è il suo optimum ecologico."

(Legge della tolleranza di Shelford).

La legge di Shelford dice che :

1)Ogni specie, per ogni fattore ambientale ha un intervallo ottimale di crescita in cui riesce a prosperare.

2) Quando uno o più fattori sono limitanti le specie hanno un intervallo di tolleranza entro il quale riescono a sopravvivere in attesa di condizioni migliori.

3)Oltre questo limite la specie non può esitere in un certo ambiente.

Quindi l'esistenza di una o più specie è determinata da un insieme di fattori chimici, fisici, che cadono all'interno dell'intervallo di tolleranza e che ne possono determinare la sopravvivenza in un ecosistema.

Questa legge è un estensione della teoria del minimo di Liebig; essa venne in principio applicata alle esigenze nutrizionali delle piante: "La crescita delle piante è condizionata dalla quantità minima di nutriente". Ogni elemento nutritivo assorbito da una pianta è utilizzato in proporzione a quello limitante.

Esempio: se una pianta ha bisogno di 5 elementi nutritivi in diversi rapporti : 5:22:40:70:100, se il nutriente più abbondante è presente in rapporto di 90 anzichè 100 esso limiterà la crescita dell'organismo indipendentemente dall'abbondanza degli altri nutrienti. Questa legge è facilmente applicabile sia in laboratorio che in natura.

Semplice? In realtà è più complesso di quello che sembra, sebbene possa essere "semplice" riuscire ad individuare in condizioni sperimentali il limite di tolleranza di un organismo nei confronti di determinati fattori, in natura non è così semplice individuarlo. Una popolazione può essere influenzata nel tempo da vari fattori limitanti (temperatura, pH, salinità ecc...).

I corollari di queste leggi hanno grande valenza sia pratica che teorica perchè ci permettono di spiegare le risposte degli organismi ai fattori limitanti:

1)Popolazioni diverse, hanno diversi limiti di tolleranza nei confronti di fattori ecologici diversi.

2)Le popolazioni costituite da individui che possiedono tolleranza più ampia sono adattabili a variazioni rilevanti dell'ecosistema.

3)I limiti di tolleranza di ciascun fattore possono essere influenzati dalle modifiche di altri fattori ecologici (molte piante modificano la loro sensibilità alla radiazione solare a seconda dell'umidità dell'ecosistema che a sua volta può avere forti influenze sulla traspirazione e sul bilancio idrico).

4) Ci sono organismi in grado di tollerare situazioni peggiori di quelle tollerate da altri organismi (alcuni organismi vanno in letargo ad esempio) con strategie di evitamento, ad esempio la riproduzione avviene solo in condizioni ottimali.

5)La salute dell'individuo ha un ruolo fondamentale nel modificare il limite di tolleranza.

In ecologia si utilizzano prefissi come steno (ristretto) o euri (ampio) per indicare la tolleranza degli organismi ai fatttori ecologici, ad esempio euritermi e stenotermi per indicare organismi che hanno ambiti di tolleranza ampi o ristretti per variazioni di temperatura.
Altri esempi sono: stenoidrico e euridrico (acqua), stenoalino e eurialino (salinità), stenofago e eurifago (cibo), stenobato e euribato (pressione) e stenoecio e euriecio (ambiente).

L'ampiezza dell'intervallo di tolleranza nei confronti di più fattori prende il nome di valenza ecologica.
Come abbiamo accennato gli organismi hanno intervalli di tolleranza compresi entro un valore minimo e massimo. Tale capacità è nota come tollerabilità degli organismi. Le specie in grado di tollerare ampie variazioni occupano vaste aree di distribuzione. Le specie che invece per sopravvivere devono occupare ambienti molto stabili soggetti a piccole variazioni hanno una bassa valenza ecologica e hanno aree di distribuzione molto ristrette. In tal caso si parla rispettivamente di alta e bassa valenza ecologica.

Spazio ecologico

Ogni componente biologica di un ecosistema va sempre inserita in uno spazio fisico. Una rappresentazione esauriente di spazio fisico, a tre dimensioni ce lo da lo spazio euclideo; immaginato inizialmente per la definizione di campi in agricoltura con Euclide e Pitagora si sviluppa anche in termini scientifici. In genere una superficie che viene descritta mediante parametri spaziali contiene alcuni accidenti topografici,che possono essere indicati come risorse. Ciascun fattore ecologico nel nostro caso potrebbe essere individuato come una dimensione. Abbiamo accennato al fatto che per ciascuno dei fattori ecologici dai quali dipende la sopravvivenza di un organismo o di una specie si possono definire un minimo e un massimo entro i quali la specie è vitale a valori di optimum. Ad esempio una pianta si sviluppa in zone che ha una temperatura compresa tra i 5 e i 10 °C con un optimum di 8°C. In maniera analoga possono essere definiti tutti i fattori che regolano i processi vitali di un organismo, luce, calore, acidità del suolo ecc. Essi possono essere variamente combinati, ciascuno di essi interpretato come una dimensione. I diversi fattori che rendono possibile la vita di un organismo possono essere individuati come "spazio multidimensionale", in cui si verificano quei processi portati avanti dagli organismi che possono essere determinati come spazio ecologico, cioè uno spazio individuato dall'insieme di fattori ecologici dai quali dipende la sopravvivenza degli organismi. Però il concetto di spazio non si presta molto bene alla descrizione delle interazioni tra fattori e organismi. Se così facessimo ci limiteremmo a descrivere in maniera troppo sintetica un ecosistema come un qualcosa di indifferenziato così come per gli organismi che vivono al suo interno, invece dobbiamo tenere conto del fatto che ogni organismo che fa parte di un sistema vivente è differenziato, e vive in differenti spazi ecologici, diversi fattori e ambiti di tolleranza ne determinano il comportamento, ne consegue che il processo è molto più complicato del previsto.

Nicchia ecologica

Ed ecco che entra in gioco il concetto di nicchia ecologica, nel quale non si fa altro che mettere in evidenza l'importante ruolo funzionale di un organismo (concetto che vale non solo per singoli individui ma anche per popolazioni e specie) in un dato ecosistema. Nel concetto di nicchia ecologica vengono presi in considerazione le interrelazioni tra organismo e l'ambiente nel quale esso vive, in particolar modo:

1) Intervallo di tolleranza verso i fattori chimici e fisici.

2)Le risorse che l'organismo utilizza, come gli organismi di cui si alimenta.

3)Interazioni con altre componenti dell'ecosistema ad esempio organismi con cui compete per le risorse.

4)Il ruolo fondamentale che gli organismi giocano nel ciclo della materia.

Ne consegue che la nicchia ecologia rappresenta le caratteristiche di un organismo, di una popolazione o di una specie. A differenza del concetto di spazio analizzato prima, la nicchia ecologica non si occupa si realizza, cioè esiste solo se una specie occupa uno spazio ed interagisce con i fattori ecologici, non è un luogo ma un modo di vita, un ruolo che l'organismo riveste nell'ambiente in cui vive.

Una nicchia può essere rappresentata graficamente rispetto ad una dimensione: ad esempio temperatura, due dimensioni, temperatura e umidità e così via.

o a tre, temperatura, umidità, e dimensione della preda.

...sugli assi sono indicati gli ambiti di tolleranza della specie alle tre variabili.

Ovviamente qui abbiamo rappresentato al massimo tre fattori, ma se immaginiamo molteplici fattori (l'insieme di tutte le esigenze delle specie si viene a creare uno schema di n dimensioni). Ne consegue che è estremamente difficile poter rappresentare e misurare tutti i parametri che rappresentano una nicchia ecologica . In quest'ultimo grafico, le sfere esterne rappresentano una nicchia fondamentale: cioè tutti gli intervalli delle risorse che possono essere utilizzati dagli organismi in assenza di fattori di disturbo o di competitori per le medesime risorse. La sfera interna rappresenta una nicchia realizzata: che è la porzione di nicchia occupata da una specie in presenza di competitori e limitazioni biotiche e abiotiche.  Insomma, volendo la nicchia ecologica la potremmo anche definire come un ipervolume, dove ogni dimensione rappresenta una variabile ambientale ed uno spazio ecologico di n dimensioni.
Volendo ancora schematizzare il tutto le nicchie ecologiche possono essere rappresentate da due tipi di organismi, definiti rispettivamente specialisti e generalisti.  I primi sono organismi che si sono adattati a vivere in un solo tipo di habitat, quindi hanno nicchie limitate, e si cibano esclusivamente di un tipo di alimento, un esempio è il koala che vive in Australia e che si ciba di foglie di eucalipto, o ancora il Panda gigante che vive in Cina e che si nutre di Bambù ma si potrebbero fari molti altri esempi. I secondi sono organismi i grado di adattarsi a climi e habitat diversi, quindi hanno nicchie diversificate, un esempio sono gli uomini e altri animali che occupano ambienti in ogni parte del mondo ad esempio i ratti. Negli ambienti in cui le condizioni tendono a rimanere bene o male sempre le stesse ad esempio nella foresta pluviale sono favoriti i primi.