Che cosa è un ecosistema

Nei capitoli precedenti è stata già introdotta la parola ecosistema in maniera informale. A parte l'intera biosfera, l'ecosistema è la struttura più complessa di cui si occupa l'ecologia. Comprendere il funzionamento degli ecosistemi è quindi uno degli scopi fondamentali della nostra scienza. Ma che cosa significa esattamente ecosistema? È forse sufficiente considerare una qualsiasi regione della terra con tutti gli esseri viventi che la popolano per poter parlare di ecosistema? Ovviamente no. Nessuno dividerebbe arbitrariamente in due uno stagno, affermando che ciascuna parte è un ecosistema, bensì considererebbe lo stagno come una sola unità funzionale. Tuttavia non sempre le cose sono intuitivamente semplici come nel caso di uno stagno o di un lago, che hanno caratteristiche fisiche così drasticamente diverse da ciò che li circonda da implicare una flora ed una fauna anch'esse del tutto diverse.

In molti casi l'individuazione di un ecosistema non può essere affidata all'intuizione, che o non è in grado di distinguere differenze significative tra una zona e un'altra o è portata a sopravvalutare differenze puramente superficiali. Come delimitare, ad esempio, una baia (una zona di mare) che costituisca una unità organica? A differenza del lago non ci sono frontiere ben definite, caratterizzate da una discontinuità delle proprietà fisiche. La tipica reazione a queste difficoltà è quella di allargare enormemente la regione da considerare come ecosistema (il mare invece della baia), col risultato che quasi tutti gli ecosistemi sarebbero così complessi da rendere il loro studio praticamente impossibile. Perciò il concetto di ecosistema sarebbe in molti casi una scatola vuota e non sarebbe molto utile.

Alla base di una definizione razionale di ecosistema sta l'osservazione che nessun organismo vive nell'isolamento, bensì è in relazione sia con l'ambiente fisico-chimico che lo circonda sia con altri esseri viventi. Da una parte queste interazioni sono necessarie per la stessa sopravvivenza e riproduzione, in quanto ogni organismo è soggetto a deperimento ove non provveda, mediante il nutrimento, a mantenere funzionante la sua complicata organizzazione interna. Dall'altra ogni essere vivente, essendo oltre che soggetto attivo anche soggetto passivo di queste interazioni, trova proprio in esse un limite alla capacità di sopravvivere e riprodursi. Tale capacità non è indefinita ma funzione sia delle proprietà fisico-chimiche dell'ambiente circostante (fattori abiotici) sia della natura ed abbondanza degli altri organismi che si trovano nel medesimo ambiente (fattori biotici).

La forma di queste interazioni è diversissima. Sono possibili alcune classificazioni approssimative. Ad esempio Slobodkin (1961) ha distinto le interazioni tra organismi in:

1. Alterazioni dell'ambiente fisico di un altro organismo; ad esempio gli alberi fanno ombra ad altre piante riducendo la disponibilità di luce per l'attività di fotosintesi; i lombrichi cambiano la consistenza del suolo e lo rendono più adatto alla crescita delle piante;
2. Alterazioni dell'ambiente fisico-chimico; ad esempio il fitoplancton (alghe unicellulari) di un lago con l'attività di fotosintesi aumenta la concentrazione di ossigeno dell'acqua rendendo quindi più facile l'attività di respirazione degli altri organismi;
3. Scambio di elementi o composti chimici o energia tra gli organismi; ad esempio i semi di svariate piante forniscono energia, vitamine e proteine a numerose specie di uccelli e di mammiferi; molti animali selvatici o domestici sono cibo per grandi e piccoli predatori.

Le interazioni tra organismi possono essere quindi dirette, come al punto 3, o indirette, come ai punti 1 e 2. Possiamo rappresentare in maniera grafica la struttura delle interazioni tra gli organismi in un determinato territorio utilizzando un ``grafo'' non orientato, ovvero un insieme di nodi e di archi che congiungono coppie di nodi. Ciascun nodo rappresenta un organismo, mentre gli archi rappresentano le possibili interazioni tra coppie di organismi. La Fig. 1 mostra un esempio banalizzato con 10 organismi (in realtà anche un metro quadro di suolo può contenere milioni o miliardi di organismi!): gli organismi 3 e 7 sono in interazione, mentre gli organismi 6 e 9 non lo sono. Con questi semplici concetti possiamo finalmente definire una comunità ecologica.

Figura 1: Grafo rappresentante le interazioni in un ipotetico insieme di 10 organismi. L'insieme A non è biologicamente chiuso e quindi non è una comunità ecologica. Lo sono invece B, C e D.

Un insieme di organismi che sia biologicamente chiuso, cioè tale che nessun elemento dell'insieme interagisce direttamente o indirettamente con organismi al di fuori dell'insieme stesso, si dice una comunità ecologica. Perciò nell'esempio semplicistico di Fig. 1 l'insieme A di organismi non è una comunità perché non comprende gli organismi 4 e 8 che interagiscono con organismi dell'insieme A. Invece B è una comunità e così pure lo è C. Anche D, riunione di B e di C, è una comunità. Se agli organismi della comunità si aggiungono i fattori abiotici da cui essi dipendono si ottiene un ecosistema.

In generale nell'ambito di una comunità si possono distinguere parti che sono a loro volta biologicamente chiuse e dunque costituiscono anch'esse delle comunità (in Fig. 1 la comunità D è costituita da B e C). Ad esempio, dentro l'ecosistema costituito da una foresta cedua si può distinguere la comunità degli animali che vivono in un tronco caduto. Perciò le dimensioni di un ecosistema sono variabilissime, proprio perché la definizione permette di individuare una struttura in cui il tutto è costituito da parti con le stesse caratteristiche del tutto e il tutto può essere a sua volta parte di un tutto più grande. Questa struttura si ritrova ovviamente in altre discipline diverse dalla biologia ed è tipica di quegli enti che vengono chiamati sistemi. Questo giustifica l'uso del termine ecosistema, anche se va ricordato che molti autori, soprattutto europei, preferiscono usare i termini biocenosi (cioè comunità biologica) e biogeocenosi al posto rispettivamente di comunità ed ecosistema.

Va chiarito che l'epiteto biologicamente chiuso dato agli ecosistemi va riferito solo all'assenza di interazioni biologiche tra organismi dentro e fuori l'ecosistema. Dal punto di vista termodinamico un ecosistema è aperto nel senso che con l'esterno possono essere scambiati flussi di energia solare o chimica o di altra natura e flussi di materia.