Flussi di energia e di materia negli ecosistemi

Un approccio sintetico allo studio delle comunità e degli ecosistemi tende a dare minore importanza alle singole specie e a concentrarsi invece su raggruppamenti di organismi che svolgono all'interno della comunità il medesimo ruolo relativamente alla trasmissione di energia e di vari composti chimici. Questo approccio allo studio delle comunità viene di solito chiamato funzionalistico e lo scienziato E. P. Odum (1959), autore di uno dei primi testi di ecologia, viene considerato il paladino di tale approccio. Si possono essenzialmente distinguere due diversi punti di vista sulle funzioni svolte dagli organismi in una comunità.

Flussi di energia. I vari organismi della comunità sono visti come comparti che accumulano energia e trasformano energia. Se produttori primari, ricevono energia solare, la fissano con la fotosintesi, la passano agli erbivori, se eterotrofi, ricevono energia da altri organismi e la passano ai carnivori. Tutti gli organismi perdono energia sotto forma di calore perché respirano. L'energia fluisce attraverso i componenti della comunità una sola o comunque un numero limitato di volte, perché si dissipa nei processi metabolici. Solo il continuo flusso di energia dal sole permette il funzionamento ininterrotto di un ecosistema.
Flussi di materia. La comunità ecologica è vista come un insieme di comparti che accumulano determinati elementi o composti chimici (azoto, fosforo, carbonio, composti tossici, ecc.), ricevendoli da e cedendoli ad altri comparti. A differenza dell'energia la stessa molecola può essere riciclata molte volte attraverso lo stesso comparto. Infatti non c'è dissipazione (la materia non si crea e non si distrugge!) e d'altra parte il processo di decomposizione garantisce che i produttori primari possano assorbire più volte le stesse molecole inorganiche.

Lo studio dei flussi di energia attraverso un ecosistema è per certi versi più semplice proprio perché l'energia non viene ricircolata o lo è in piccola misura. Inoltre, mentre l'utilizzo dell'energia è essenziale per tutti gli esseri viventi, molte volte l'assorbimento e la permanenza degli elementi o composti chimici è legato a specifiche caratteristiche degli organismi considerati. Ad esempio il silicio è fondamentale per le diatomee, ma non per altre alghe unicellulari; il calcio è fondamentale nei vertebrati e nei molluschi (ossa e conchiglie), ma non negli invertebrati. Per queste ragioni si può notare una certa prevalenza dell'interesse degli ecologi verso la descrizione dei flussi di energia piuttosto che verso la descrizione dei flussi di materia. Nei capitoli 9 e 10 daremo prevalenza alla descrizione di come l'energia fluisce negli ecosistemi, mentre nel capitolo 11 studieremo i cicli degli elementi o dei composti chimici negli ecosistemi (cicli biogeochimici). Come sarà più chiaro in seguito, i due punti di vista sono comunque inestricabilmente congiunti: non c'è nessun flusso di energia negli ecosistemi che non sia accompagnato anche da un qualche flusso di materia. Perciò entrambi i punti di vista riceveranno attenzione nel seguito e non potranno mai venire del tutto disgiunti.