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Perché i piccoli organismi fanno movimenti più veloci rispetto ai grandi organismi?


Ho esitato a fare questa domanda perché sembra così ovvia e intuitiva. Tuttavia, non sono in grado di spiegare questa tendenza.

Sfondo

Mi sembra che i piccoli organismi compiano movimenti più veloci rispetto ai grandi organismi. Non intendo dire che siano in grado di viaggiare a velocità più elevate (il ghepardo è un animale grosso ed è la specie terrestre più veloce) ma intendo dire che i loro movimenti sono veloci, rapidi ei loro membri subiscono un'elevata accelerazione.

Esempi

Immagino per esempio che le zampe di un coleottero tigre (clade di coleotteri velocisti) (vedi filmato) subiscano un'accelerazione molto maggiore rispetto alle zampe di un ghepardo (organismo terrestre più veloce sulla terra) (vedi filmato). Per evitare l'estremo, direi che le zampe di una Drosophila (vedi filmato) subiscono accelerazioni maggiori rispetto a quelle di un cane (vedi filmato). L'organismo che è in grado di creare l'accelerazione più rapida è il gambero di mantide. Wikipedia dice:

Entrambi i tipi (distruttori e lancieri) colpiscono aprendo rapidamente e facendo oscillare i loro artigli rapaci alla preda e sono in grado di infliggere gravi danni a vittime di dimensioni significativamente maggiori di loro. Negli smasher, queste due armi sono impiegate con rapidità accecante, con un'accelerazione di 10.400 g (102.000 m/s2 o 335.000 ft/s2) e velocità di 23 m/s partendo da fermo. Poiché colpiscono così rapidamente, generano bolle di cavitazione tra l'appendice e la superficie che colpisce. Il collasso di queste bolle di cavitazione produce forze misurabili sulla loro preda oltre alle forze istantanee di 1.500 newton che sono causate dall'impatto dell'appendice contro la superficie d'urto, il che significa che la preda viene colpita due volte da un solo colpo; prima dall'artiglio e poi dal collasso delle bolle di cavitazione che seguono immediatamente. Anche se il colpo iniziale manca la preda, l'onda d'urto risultante può essere sufficiente per stordire o uccidere la preda.

Infine, si noti che Gabel e Berg (2003) mostrano che il flagello può ruotare fino a 270 Hz.

Domande

  • Ho ragione a pensare che i piccoli organismi tendano a compiere movimenti più veloci rispetto ai grandi organismi?

  • Se sì: perché le piccole creature fanno movimenti più veloci?

    • Ha a che fare con il tempo per la diffusione chimica?
    • Ha a che fare con la meccanica? ($F=ma$... Ma anche i muscoli sono più piccoli).
    • Ha a che fare con la resistenza dei tessuti biologici?


È un fenomeno generale che la scala temporale sia correlata alla scala dimensionale dei sistemi complessi. Il consumo di energia è la preoccupazione principale per quanto riguarda la velocità delle organizzazioni biologiche. In senso assoluto, una tartaruga ha una velocità maggiore di un piccolo insetto. Ma in base alle loro dimensioni, il bug sembra molto più rapido e veloce. Quindi dobbiamo normalizzare la velocità con la scala dimensionale che possiamo chiamare temporaneamente "solidità".

Ecco la relazione tra la solidità e la massa:

Dove u è la velocità dell'organismo, M è la massa, alfa è una costante che assumiamo che l'energia metabolica sia correlata alla massa corporea dell'organismo con una legge di potenza.

L'equazione finale dice che se alfa > 1,67 allora il più grande sarebbe più veloce. Ma la nostra osservazione ci dice che più è piccolo, più è veloce. Pertanto, sappiamo alfa < 1,67. Infatti la legge di Kleiber ci dice che l'alfa è circa 0,75.

Puoi controllare alcuni numeri relativi ad alcuni animali qui


Un aumento della dimensione lineare di $x$ provoca un aumento di $x^3$ in volume e massa. La forza che un muscolo può generare scala approssimativamente con l'area della sezione trasversale del muscolo, un aumento di $x^2$ per un muscolo ridimensionato di un fattore di $x$.

Ciò significa che gli animali più grandi hanno bisogno di muscoli proporzionalmente più grandi (di un fattore di $sqrt {x}$) per ottenere la forza richiesta per generare una data accelerazione. Questo diventa poco pratico abbastanza rapidamente, quindi ci accontentiamo di meno accelerazione.

Se consideri una formica di 1 cm ridimensionata alle dimensioni umane senza altre modifiche (un aumento di 200 volte), sarebbe 8.000.000 volte più massiccia ma i suoi muscoli sarebbero solo 40.000 volte più forti. Potrebbe essere iniziato circa 50 volte più forte di un umano, massa per massa, ma su scala umana è solo 1/4 più forte; sarebbe a malapena in grado di muoversi.

Ci sono altri fattori biomeccanici che possono influenzare la velocità che favoriscono anche le creature più piccole. Un esempio è la capacità dei gamberetti di mantide di immagazzinare quantità di energia meccanica che sono piuttosto grandi sulla loro scala nella curvatura del loro esoscheletro (come immagazzinare energia nella molla a balestra di un'auto). Un simile accumulo di energia su scala umana non è pratico.


Diffusione e problema delle dimensioni [Torna a Microscopia e cellule]


Tutti gli organismi hanno bisogno di scambiare sostanze come cibo, rifiuti, gas e calore con l'ambiente circostante. Queste sostanze devono diffondere tra l'organismo e l'ambiente circostante. La velocità con cui una sostanza può diffondersi è data da legge di Fick:

superficie x differenza di concentrazione

La velocità di scambio delle sostanze dipende quindi dalla superficie dell'organismo a contatto con l'ambiente circostante. I requisiti per i materiali dipendono dal volume dell'organismo, quindi la capacità di soddisfare i requisiti dipende dal superficie: rapporto volume. Man mano che gli organismi diventano più grandi, il loro volume e la loro superficie diventano entrambi più grandi, ma il volume aumenta molto più della superficie. Questo può essere visto con alcuni semplici calcoli per organismi di dimensioni diverse. In questi calcoli si assume che ogni organismo sia a forma di cubo per facilitare i calcoli. La superficie di un cubo di lato L è LxL X6 (6L ), mentre il volume è L .

Organismo Lunghezza SA (m ) vol (m ) SA/vol (m -1 )
batterio 1 mm (10 -6 m) 6 x 10 -12 10 -18 6,000,000
ameba 100 mm (10 -4 m) 6 x 10 -8 10 -12 60,000
volare 10 mm (10 -2 m) 6 x 10 -4 10 -6 600
cane 1 m (10 0 metri) 6 x 10 0 10 0 6
balena 100 m (10 2 metri) 6 x 10 4 10 6 0.06

Quindi, man mano che gli organismi diventano più grandi, il loro rapporto superficie/volume si riduce. Un batterio è tutto superficie con poca superficie interna, mentre una balena è tutta superficie interna con poca superficie. Ciò significa che man mano che gli organismi diventano più grandi, diventa più difficile per loro scambiare materiali con l'ambiente circostante. Infatti questo problema pone un limite alla dimensione massima per una singola cella di circa 100 mm. In qualcosa di più grande di questo i materiali semplicemente non possono diffondersi abbastanza velocemente da supportare le reazioni necessarie per la vita. Le cellule molto grandi come le uova degli uccelli sono per lo più depositi di cibo inerte con un sottile strato di citoplasma vivente intorno all'esterno.

Gli organismi hanno anche bisogno di scambiare calore con l'ambiente circostante, e qui i grandi animali hanno il vantaggio di avere un rapporto superficie/volume ridotto: perdono meno calore dei piccoli animali. I grandi mammiferi si riscaldano abbastanza facilmente e non hanno bisogno di molto isolamento o generazione di calore. I piccoli mammiferi e gli uccelli perdono il loro calore molto facilmente, quindi hanno bisogno di un alto tasso metabolico per continuare a generare calore, oltre a uno spesso isolamento. Quindi i grandi mammiferi possono nutrirsi una volta ogni pochi giorni mentre i piccoli mammiferi devono nutrirsi continuamente. I bambini umani perdono anche il calore più rapidamente degli adulti, motivo per cui hanno bisogno di cappelli di lana.

Quindi come esistono organismi più grandi di 100 mm? Tutti gli organismi più grandi di 100 mm sono multicellulare, il che significa che i loro corpi sono composti da molte piccole cellule, piuttosto che da una grande cellula. Ogni cellula di un organismo multicellulare non è più grande di circa 30 mm, quindi può scambiare materiali in modo rapido e indipendente. Gli esseri umani hanno circa 10 14 cellule.


Perché le cellule sono così piccole?

Perché le cellule sono piccole? Perché devono rimanere di piccole dimensioni? originariamente apparso su Quora: la rete di condivisione della conoscenza in cui le domande convincenti ricevono risposta da persone con intuizioni uniche.

Risposta di Dave Featherstone, Professore di Biologia/Neuroscienze, su Quora:

I libri di testo e la maggior parte degli istruttori ti diranno che le celle devono essere piccole perché hanno bisogno di un elevato rapporto "superficie-volume", che è utile per lo scambio di materiali tra l'interno e l'esterno delle celle. Ma questo probabilmente non è proprio il motivo che limita le dimensioni, poiché le celle variano enormemente in termini di dimensioni e rapporto tra superficie e volume. I batteri sono minuscoli rispetto alle cellule animali, per esempio. E le cellule vegetali si circondano di una parete cellulare che limita notevolmente lo scambio con il mondo extracellulare. Se lo scambio fosse limitante, le cellule animali sarebbero piccole quanto le cellule batteriche. Oppure le cellule animali senza pareti cellulari potrebbero essere molto più grandi delle cellule vegetali. Oppure le cellule vegetali con pareti cellulari sarebbero molto più piccole.

Altri potrebbero dirti che la dimensione delle cellule è limitata dai tassi di diffusione. Non puoi avere una cella molto grande perché ci vorrebbe troppo tempo perché le cose fluttuino da un lato all'altro di una cella. Ma questo mostra un profondo fraintendimento di quanto sia affollato l'interno delle cellule. Niente semplicemente "galleggia" da un lato all'altro della cella. Quasi nulla nelle cellule ha una diffusione limitata. La maggior parte delle cose viene trasportata nelle cellule. Inoltre, le celle possono essere molto, molto lunghe. I neuroni possono essere lunghi diversi piedi. Quindi ovviamente le cellule sono in grado di affrontare grandi distanze.

Penso che le cellule siano piccole perché le membrane sono deboli. Se la cella diventa troppo grande, la cella cadrà a pezzi. Penso che questo spieghi perché le cellule batteriche sono piccole: non hanno molto "rinforzo" citoscheletrico (sebbene abbiano pareti cellulari) e perché le cellule grandi possono diventare molto grandi. Le cellule muscolari e i neuroni contengono molto citoscheletro relativamente resistente. Questo aiuta a tenerli insieme e quindi possono essere piuttosto grandi. Le cellule uovo (come le uova di gallina) hanno un guscio duro. E sono molto grandi. Cosa succede se rompi un guscio d'uovo?

In definitiva, non so perché le cellule siano piccole. Ma dovresti notare che non ho accettato ciecamente ciò che i libri di testo oi miei insegnanti mi hanno detto. Ci ho pensato attentamente e ho avuto la mia idea che si adatta a tutte le prove a cui riesco a pensare. Il prossimo passo per uno scienziato sarebbe testare la mia idea. Forse potrei misurare la forza della membrana cellulare per molte cellule diverse e confrontarla con le dimensioni delle cellule? La mia ipotesi prevede che le dimensioni delle cellule e la forza della membrana sarebbero altamente correlate. Forse posso indebolire le membrane cellulari in qualche organismo e vedere se si adatta evolvendo cellule più piccole?

Questa domanda originariamente apparso su Quora. Fai una domanda, ottieni un'ottima risposta. Impara dagli esperti e accedi alle conoscenze privilegiate. Puoi seguire Quora su Twitter, Facebook e Google+. Più domande:


Woodlice confuso

L'attuale studio si è concentrato sui vertebrati, ma il team ha anche scoperto che diverse specie di mosche hanno occhi che reagiscono allo stimolo più di quattro volte più velocemente dell'occhio umano.

Ma alcuni isopodi di acque profonde (un tipo di pidocchio marino) hanno la reazione registrata più lenta di tutti, e possono vedere solo una luce che si spegne e si accende quattro volte al secondo "prima che si confondano e la vedano costantemente accesa", ha spiegato il dottor Jackson. .

"Stiamo iniziando a capire che c'è un intero mondo di dettagli là fuori che solo alcuni animali possono percepire ed è affascinante pensare a come potrebbero percepire il mondo in modo diverso da noi", ha aggiunto.

Graeme Ruxton, dell'Università di St Andrews, in Scozia, un altro coautore, ha detto: "Avere occhi che inviano aggiornamenti al cervello a frequenze molto più alte dei nostri occhi non ha alcun valore se il cervello non è in grado di elaborare tali informazioni altrettanto rapidamente.

"Pertanto, questo lavoro mette in luce le capacità impressionanti anche del cervello animale più piccolo. Le mosche potrebbero non essere pensatori profondi, ma possono prendere buone decisioni molto rapidamente."


Classe 12 Organismi di biologia e suo ambiente

1 punto domande

6. Menzionare due qualsiasi attività degli animali, che traggono spunti dalle variazioni diurne e stagionali dell'intensità della luce, [Delhi 2011 c]
Ans .Le due attività degli animali che traggono spunto dalle variazioni diurne e stagionali dell'intensità luminosa sono:

8. In che modo le spine aiutano i cactus a sopravvivere nel deserto? Fornisci due metodi.[Tutta l'India 2010 C]
Ans. I due metodi con cui le spine aiutano i cactus a sopravvivere nel deserto sono:

(i) Riducendo e alterando la superficie esterna per ridurre l'evaporazione dell'acqua.

(ii) Fornendo una difesa contro gli animali al pascolo.

13. Elenca due eventuali risposte fisiologiche che ti aiutino ad acclimatarti gradualmente all'alta quota quando parti dalla pianura. [Delhi 2008 C]
Ans. La condizione o le risposte fisiologiche per acclimatarsi agli atteggiamenti elevati sono:

(i) Per compensare la mancanza di ossigeno, viene aumentata la produzione di globuli rossi.

(ii) Alto contenuto di emoglobina e sua ridotta capacità di legame.

(iii) Frequenza respiratoria più rapida (due qualsiasi).

2 punti domande

19.Alcuni organismi sospendono le loro attività metaboliche per sopravvivere in condizioni sfavorevoli. Spiega con l'aiuto di quattro esempi qualsiasi.[Delhi 2012]
Risposta Esempi di organismi che sospendono le loro attività metaboliche in condizioni sfavorevoli.

(i) Batteri, funghi e piante inferiori Formano spore con pareti spesse, che li aiutano a sopravvivere in condizioni sfavorevoli. Le spore germinano al ritorno di condizioni favorevoli.

(ii) Piante superiori I semi e alcune altre strutture riproduttive vegetative servono come mezzi per superare i periodi di stress. Riducono la loro attività metabolica e vanno incontro a dormienza.

(iii) Animali Subiscono il letargo o l'estivazione, se non sono in grado di migrare. Ad esempio, alcune lumache e pesci.

(iv) Zooplancton Entrano in diapausa (sviluppo sospeso) in condizioni sfavorevoli.

20.Spiegare la risposta di tutte le comunità all'ambiente nel tempo. [Tutta l'India 2011]
Ans .Risposta delle comunità all'ambiente:

(i) Alcuni organismi mantengono l'omeostasi con mezzi fisiologici o comportamentali (regolano).

(ii) L'ambiente interno nella maggior parte degli animali e quasi tutte le piante cambia con il cambiamento dell'ambiente esterno (conforme).

(iii) Alcuni organismi lasciano temporaneamente i loro habitat durante condizioni sfavorevoli e ritornano quando le condizioni diventano favorevoli (migrazione).

(iv) Alcuni organismi sospendono le loro attività metaboliche per evitare lo stress fuggendo tempestivamente, ad es. ibernazione ed estivazione.

21.L'orso va in letargo, mentre alcune specie di zooplancton entrano in diapausa per evitare condizioni esterne stressanti. In che modo questi due modi sono diversi l'uno dall'altro?[Estero 2011]
Ans .Differenza tra diapausa e ibernazione:

22.Come si adatta il nostro corpo alla scarsa disponibilità di ossigeno ad alta quota?[Straniero 2011]
Risposta Gli adattamenti del corpo ad alta quota sono:

La condizione o le risposte fisiologiche per acclimatarsi agli atteggiamenti elevati sono:

(i) Per compensare la mancanza di ossigeno, viene aumentata la produzione di globuli rossi.

(ii) Alto contenuto di emoglobina e sua ridotta capacità di legame.

(iii) Frequenza respiratoria più rapida (due qualsiasi).

3 punti domande

27.(i)Affermare come l'ambiente interno costante sia vantaggioso per gli organismi.
(ii) Spiegare due alternative qualsiasi con cui gli organismi possono superare condizioni esterne stressanti. [Tutta l'India 2014]
Ans .(i) L'ambiente interno costante è vantaggioso per gli organismi in quanto consente a tutte le reazioni biochimiche e le funzioni fisiologiche di procedere con la massima efficienza, migliorando così l'efficienza complessiva dell'organismo.

(ii) Le due alternative con cui gli organismi possono superare condizioni esterne stressanti sono:

  • Gli organismi migratori si spostano temporaneamente in un'area favorevole in condizioni di stress e tornano indietro quando il periodo è finito.
  • Il letargo e l'estivazione sono modi per sfuggire allo stress durante l'inverno e l'estate rispettivamente.

28. L'acqua è essenziale per la vita. Scrivi tre caratteristiche qualsiasi sia per le piante che per gli animali che consentano loro di sopravvivere in un ambiente con scarsità d'acqua,
o
Come fanno gli organismi a far fronte a condizioni ambientali esterne stressanti, localizzate o di breve durata? [Ah India 2011]
Ans.Adattamento nelle piante

(i) Cuticola spessa sulla superficie fogliare.

(ii) Gli stomi sono disposti in fosse profonde (incavate) per ridurre al minimo la perdita d'acqua attraverso la traspirazione.

(iii) Le foglie sono ridotte a spine. La funzione fotosintetica è svolta da fusti spessi e carnosi appiattiti.
Adattamento negli animali

(i) Il ratto canguro soddisfa il fabbisogno idrico attraverso l'ossidazione interna del grasso. Concentrano la loro urina, in modo che il volume minimo di acqua venga espulso.

(ii) Le lumache subiscono l'estivazione durante l'estate.

Gli organismi migrano o sospendono le loro attività metaboliche quando le condizioni sono stressanti per un breve periodo. In tali condizioni, gli organismi sono i seguenti:

(i) Allontanarsi da un habitat stressante in un'area più favorevole e tornare al proprio habitat quando il periodo di stress è terminato. Ad esempio, gli uccelli della Siberia e di altri paesi freddi migrano verso il Santuario di Bharatpur del Rajasthan.

(ii) In letargo (rane) o in estivazione (lumache) o in diapausa (zooplancton).

(iii) Le spore a parete spessa si formano in condizioni di stress e germinano in condizioni adatte, ad es. batteri, funghi e gruppi inferiori di piante.

29. In che modo organismi come funghi, zooplancton e orsi superano le condizioni climatiche di stress climatico di breve durata? Spiega.[Tutta l'India 2010 Delhi 2008]
Risposta (i) Funghi Producono vari tipi di spore a pareti spesse per sopravvivere in condizioni sfavorevoli, che germinano al ritorno di condizioni favorevoli.

(ii) Zooplancton Entrano in diapausa, uno stadio di sviluppo sospeso in condizioni sfavorevoli.

(iii) Orsi Vanno in letargo durante l'inverno per sfuggire al periodo di condizioni sfavorevoli.

30. Il grafico seguente rappresenta la risposta dell'organismo a determinate condizioni ambientali (ad es. temperatura)

(i) Quale di questi A o B rappresenta conformisti?
(ii) Cosa rappresenta l'altro grafico a linee?
(iii) In che modo questi organismi differiscono l'uno dall'altro in riferimento all'omeostasi?
(iv) Menzionare la categoria a cui appartiene l'essere umano. [Tutta l'India 2009]
Risposta (i)A raffigura i conformisti.

(ii) L'altra linea B rappresenta i regolatori.

(iii) Le differenze tra conformer e regolatore sono:

5 punti domande

31.(i) Spiegare le ragioni per cui si consiglia ai turisti che visitano il Rohtang Pass o Mansarovar di riprendere la normale vita attiva solo dopo pochi giorni dal loro arrivo.
(ii) È impossibile trovare piccoli animali nelle regioni polari. Dare ragioni. [Tutta l'India 2012]
Risposta (i) I turisti che visitano il passo Rohtang vicino a Manali (> 3500 m) possono soffrire di mal di montagna. Riprendono la normale vita attiva solo dopo una settimana perché a bassa pressione atmosferica ad alta quota, il corpo non riceve abbastanza ossigeno. Gradualmente, il corpo compensa la scarsa disponibilità di ossigeno

(a) Aumento della produzione di globuli rossi.

(b) Diminuzione dell'affinità di legame dell'emoglobina.

(c) Aumentare la frequenza respiratoria.

(ii) I piccoli animali hanno un'ampia superficie rispetto al loro volume.Quindi, tendono a perdere il calore corporeo molto velocemente durante le condizioni di freddo. Hanno bisogno di spendere più energia per generare calore corporeo. A causa di ciò, gli animali più piccoli si trovano raramente nelle regioni polari.

32.elencare i diversi modi in cui gli organismi affrontano o gestiscono gli stress abiotici in natura. Spiega tre modi. [Tutta l'India 2009c]
Ans .Gli organismi affrontano lo stress abiotico mediante:

(i) Regolazione Alcuni organismi mantengono l'omeostasi con mezzi fisiologici e comportamentali. Sono chiamati regolatori, ad es.

  • In estate, quando la temperatura esterna è maggiore, sudiamo copiosamente, il che si traduce in un raffreddamento evaporativo per abbassare la temperatura corporea.
  • In inverno, quando la temperatura è bassa, tremiamo (una specie di esercizio) che produce calore e fa aumentare la temperatura corporea.

(ii) Organismi Conformanti che non possono mantenere un ambiente interno costante. La loro temperatura corporea cambia con la temperatura ambiente. Tali animali sono chiamati conformeri. Ad esempio, i piccoli animali hanno una superficie maggiore rispetto al loro volume. Perdono il calore corporeo molto velocemente a bassa temperatura. Quindi, consumano energia per generare calore corporeo attraverso il metabolismo per l'adattamento.

(iii) Migrazione Il movimento temporaneo di organismi dall'habitat stressante a un'area più ospitale e il ritorno quando ricompaiono condizioni favorevoli è chiamato migrazione. La migrazione a lunga distanza è molto comune negli uccelli.

33.(i) Elencare qualsiasi quattro componenti abiotici che portano a variazioni nelle condizioni fisiche e chimiche degli habitat.
(ii) Spiegare l'impatto di questi componenti sulla distribuzione degli organismi nei diversi habitat.
[Tutta l'India 2009 C]
Risp.(i)Temperatura, acqua, luce e suolo.

(ii) (a) La temperatura influenza la cinetica degli enzimi e quindi il metabolismo e altre funzioni fisiologiche degli organismi.

Gli organismi possono essere euritermici e possono tollerare un ampio intervallo di temperatura e stenotermici che possono tollerare solo un ristretto intervallo di temperatura.

(b) L'acqua è importante per sostenere la vita e la produttività e la distribuzione delle piante dipende dall'acqua.

Le forme d'acqua dolce non possono prosperare nell'acqua di mare e viceversa.

(c) La luce influenza la fotosintesi delle piante. La luce influenza anche la fioritura delle piante e la tempistica del foraggiamento, della riproduzione e delle attività migratorie degli animali.

Le piante acquatiche occupano diverse profondità a seconda dei loro pigmenti e della luce disponibile.

(d) Il suolo influenza la vegetazione in base alla capacità di ritenzione idrica, alla topografia e alla sua composizione.

1 punto domande

6. In uno stagno c'erano 20 piante di Hydrilla. Attraverso la riproduzione, sono state aggiunte 10 nuove piante di Hydrilla in un anno. Calcola il tasso di natalità della popolazione. [Delhi 2012]
Risposta
9. Se 8 individui in una popolazione di laboratorio di 80 moscerini morissero in una settimana, quale sarebbe il tasso di mortalità per la popolazione per il suddetto periodo? [Delhi 2010]
Risposta
10. In uno stagno c'erano 200 rane. Altre 40 sono nate in un anno. Calcola il tasso di natalità della popolazione. [Delhi 2010]
Risposta

17.Elencare due vantaggi che un'associazione micorrizica fornisce alla pianta. [Tutta l'India 2008 C]
Risposta L'associazione micorrizica aiuta le piante a

(i) Fornire resistenza agli agenti patogeni radicali.

2 punti domande

20. Costruire una piramide delle età che rifletta uno stato di crescita in espansione della popolazione umana. [Tutta l'India 2014]
Risposta La piramide delle età rappresenta geometricamente le proporzioni dei diversi gruppi di età nella popolazione. La forma triangolare della piramide delle età rappresenta lo stato di crescita in espansione della popolazione umana.
21.Costruire una piramide delle età che rifletta lo stato di crescita stabile della popolazione umana. [Tutta l'India 2014]
Ans. La piramide delle età che riflette uno stato di crescita stabile della popolazione umana può essere rappresentata come segue

22.Differenziare tra commensalismo e mutualismo prendendo un esempio ciascuno dalle piante Solo. [Tutta l'India 2014]
Risposta Il commensalismo è il tipo di interazione tra specie in cui una è avvantaggiata e l'altra non è né avvantaggiata né danneggiata. Esempio di tale associazione è l'orchidea che cresce come epifita su un albero di mango, che rimane inalterato dalla sua crescita.

Considerando che il mutualismo è il tipo di interazione in cui entrambe le specie coinvolte sono avvantaggiate. per esempio. licheni che rappresentano l'associazione reciproca tra alghe e funghi, in cui le alghe sono protette dai funghi, che forniscono anche nutrienti per la sintesi del cibo, mentre le alghe forniscono cibo ai funghi, poiché non sono in grado di sintetizzare il proprio cibo.

23.Spiegare la crescita logistica di Verhulst-Pearl di una popolazione. [Tutta l'India 2014]
Risposta La popolazione che cresce in un habitat con risorse limitate mostra inizialmente una fase di latenza, seguita da una fase esponenziale e infine una fase decrescente o stazionaria, quando la crescita o la densità della popolazione raggiunge la capacità di carico è chiamata crescita logistica di Verhulst-Pearl.

Può essere spiegato dalla seguente equazione

Dove, N – Densità di popolazione al tempo t.

r – Tasso intrinseco di incremento naturale K – Portata

25. Fornire due ragioni che rendono difficile il conteggio delle specie procariotiche. [Tutta l'India 2014]
Risposta Le due ragioni che rendono difficile il conteggio delle specie procariotiche è

(i) sono microscopici non visibili ad occhio nudo.

(ii) formano colonie dense, cioè la dimensione della popolazione è così grande che il conteggio richiede tempo e quasi possibile.

(iii) il tasso di crescita è molto veloce nelle specie procariotiche, che possono quasi raddoppiarsi durante il conteggio

29. In che modo il motivo floreale dell'orchidea mediterranea Ophrys garantisce l'impollinazione incrociata? [Delhi 2010 Esteri 2009]
Risposta Nei fiori di Ophrys

(i) Un petalo assomiglia alla femmina di una specie di ape per dimensioni, colore, segni, ecc.

(ii) L'ape maschio la percepisce come una femmina e si pseudocopula con essa.

(iii) Durante il processo, i grani di polline delle antere vengono spolverati sul corpo dell'ape.

(iv) Quando l'ape è attratta da un altro fiore di questa specie di orchidea, il processo viene ripetuto e i grani di polline del corpo dell'ape vengono spolverati sullo stigma, quindi si ottiene l'impollinazione.

30. In che modo le piante traggono beneficio dall'avere un'associazione simbiotica micorrizica?[Foreign 2010]
Risposta I vantaggi per le piante con associazione micorrizica sono:

(i) Il fungo assorbe i nutrienti dal terreno e li trasmette alla pianta.

(ii) Le micorrize forniscono resistenza agli agenti patogeni radicali.

(iii) Mostrano una maggiore tolleranza alla salinità e alla siccità.

(iv) Si verifica un aumento complessivo della crescita e dello sviluppo delle piante.

32.Spiegare i due meccanismi di difesa evoluti nelle prede per evitare la sovrappopolazione del loro predatore. [Ail India 2010 C]
Ans .Meccanismo di difesa evoluto nelle prede:

(i) Per evitare di essere individuati facilmente dai predatori, alcune specie di insetti e rane sono colorate in modo criptico (mimetizzate).

(ii) Alcune piante hanno spine o spine per il meccanismo di difesa, ad es. Acacia, cactus.

34.(i) Qual è r nell'equazione della popolazione data sotto dN/dt = rN
(ii) In che modo l'aumento e la diminuzione del valore di r influiscono sulla dimensione della popolazione? [Delhi 2009]
Ans .(i) r è un fattore intrinseco che valuta gli impatti del fattore biotico e abiotico sulla crescita della popolazione.

(ii) Quando r aumenta, la dimensione della popolazione • aumenta, mentre una diminuzione di r diminuisce la dimensione della popolazione

35.(i) Come si adatta Cuscuta per essere una pianta parassita?
(ii) Perché i bovini evitano di pascolare sulle piante di Calotropis? Spiega.[Estero 2009]
Risposta (i) Cuscuta ha perso la sua clorofilla durante l'evoluzione e ha sviluppato l'haustoria attraverso la quale trae la sua nutrizione dalla pianta ospite. Pertanto, è adattato come pianta parassita.

(ii) Il bestiame evita di pascolare sulle piante di Calotropis perché produce glicosidi cardiaci velenosi.

36.Identificare le curve A e B mostrate nel grafico sotto riportato. Elencare le condizioni responsabili dei modelli di crescita A e B. [Estero 2009]

Ans .A- Curva di crescita esponenziale Quando le risorse non sono limitanti, appare questa forma di curva.

B- Curva di crescita logistica Quando le risorse sono limitanti, appare questa forma di curva di crescita, dove K è la capacità di carico

37. In uno stagno c'erano 40 piante di loto. Dopo un anno, il numero è salito a 56. Calcola il tasso di natalità di una pianta di loto.[All India 2009 C]
Risposta Il tasso di natalità della pianta di loto

38.Nominare l'interazione in ciascuno dei seguenti elementi
(i) Cuscuta che cresce su una pianta da fiore da scarpa.
(ii) Micorrize che vivono sulle radici delle piante superiori.
(iii) Pesce pagliaccio che vive tra i tentacoli dell'anemone di mare.
(iv) Koel che depone le uova nella coffa. [Tutta l'India 2008 Esteri 2008]
Ans .Le interazioni sono identificate come:

(i) parassitismo (ii) mutualismo

(iii) Commensalismo (iv) Parassitismo della covata

3 punti domande

40. Studia il grafico riportato di seguito e rispondi alle domande che seguono

(i) Scrivi lo stato del cibo e dello spazio nelle curve (A) e (J3)
(ii) In assenza di predatori, quale delle due curve rappresenterebbe adeguatamente la popolazione di prede?
(iii) Il tempo è stato mostrato sull'asse x e sopra c'è una linea tratteggiata parallela. Dato il significato di questa linea tratteggiata. [Delhi 2014]
Ans .(i) Lo stato del cibo e dello spazio nelle curve ‘a’ è risorse illimitate, mentre nella curva ‘b’ le fonti di cibo e spazio sono limitate.

(ii) In assenza di predatori, la curva ‘B’ rappresenterebbe in modo appropriato la competizione per risorse limitate di cibo e riparo all'interno della popolazione di prede.

(iii) La linea tratteggiata nel grafico sopra rappresenta la capacità di carico (K). La capacità di carico indica il limite dell'habitat, cioè risorse limitate in un dato habitat per sostenere la crescita fino a un certo livello oltre il quale non può aver luogo ulteriore crescita

41Disegna e spiega piramidi di età in espansione della popolazione umana. Perché si chiama così?
Risposta La piramide delle età rappresenta geometricamente le proporzioni dei diversi gruppi di età nella popolazione. La forma triangolare della piramide delle età rappresenta lo stato di crescita in espansione della popolazione umana.

La piramide dell'età in espansione è così chiamata in quanto rappresenta lo stato crescente della crescita delle popolazioni.

43.(i) Scrivere l'importanza di misurare la dimensione di una popolazione in un habitat o in un ecosistema.
(ii) Spiegare con l'aiuto di un esempio, in che modo la percentuale di copertura è una misura più significativa della dimensione della popolazione rispetto ai semplici numeri? [Tutta l'India 2013]
Risposta (i) La misurazione della popolazione in un habitat determina l'abbondanza relativa di una particolare specie e il suo effetto sulle risorse disponibili di quel particolare habitat.

(ii) La copertura percentuale è una misura più significativa della dimensione della popolazione rispetto ai semplici numeri perché l'abbondanza relativa di una specie non è determinata solo dal numero di individui ma sia dall'abbondanza relativa nella biomassa che dal numero.

per esempio. in un'area unitaria il numero di specie erbacee o l'abbondanza relativa in numero è elevato ma non la relativa biomassa, se la stessa area ha uno o due alberi di Ficus bengalensis, è molto bassa in abbondanza relativa ma alta in abbondanza relativa di biomassa

44.(i)Spiegare il tasso di mortalità in una popolazione prendendo un esempio appropriato.
(ii) Scrivi le altre due caratteristiche, che solo una popolazione mostra ma un individuo non può. [Tutta l'India 2013]
Risposta La mortalità o il tasso di mortalità è espresso come il numero di decessi di individui di una popolazione all'anno.
Esempio Se 80 individui in una popolazione di laboratorio di 800 moscerini della frutta sono morti in una settimana, il tasso di mortalità è 80/800=0.1/moscerino della frutta/settimana

(ii) Le caratteristiche della popolazione, non mostrate dall'individuo sono:

45.(i) Spiegare il tasso di natalità in una popolazione prendendo un esempio appropriato.
(ii) Scrivi le altre due caratteristiche, che solo una popolazione mostra ma un individuo non può. [Tutta l'India 2013]
Risp .(i) A causa della natalità o del tasso di natalità, la popolazione aumenta continuamente. Copre la produzione di nuovi individui per nascita, schiusa, modalità asessuale, ecc. È espresso come numero di nascite per 1000 individui di una popolazione all'anno.

(ii) Le caratteristiche, che sono uniche per il gruppo (popolazione) e non sono mostrate da un individuo.

  • Teorie della dinamica della popolazione per spiegare la crescita della popolazione. La dimensione della popolazione per qualsiasi specie non è un parametro statico. La crescita della popolazione cambia nel tempo e dipende dalla disponibilità di cibo, dalla predazione, dalla pressione, dalle condizioni meteorologiche e dipende anche dalla natalità e dalla mortalità, dall'immigrazione, dall'emigrazione.
  • Regolamentazione della popolazione Regola la densità della popolazione o la dimensione della popolazione. È il numero di individui di una specie per unità di superficie o volume

46.(i) Elencare tre modi per misurare la densità di popolazione di un habitat.
(ii) Menzionare le informazioni essenziali che possono essere ottenute studiando la densità di popolazione di un organismo.[All India 2013]
Risp.(i)Tre modi per misurare la densità di popolazione di un habitat

A- Copertura percentuale per alberi con chioma più grande.

B- Numero di pesci catturati per trappola.

C- Segni di carlino o pellet fecali per il censimento della tigre.

(ii) La densità di popolazione ci dice lo stato di una specie, cioè l'esito della competizione, l'impatto della predazione o l'effetto dei pesticidi, ecc.

47. Assegna un nome al tipo di interazione visto in ciascuno dei seguenti esempi
(i) Verme Ascaris che vive nell'intestino dell'uomo.
(ii) Vespa che impollina l'infiorescenza del fico.
(iii) Pesce pagliaccio che vive tra i tentacoli dell'anemone di mare.
(iv)Micorrize che vivono sulle radici delle piante superiori.
(v) Orchidea che cresce su un ramo di mango.
(vi) Scomparsa dei cirripedi più piccoli quando Balanus dominava la costa della Scozia. [Delhi 2011]
Ans .(i) Parassitismo (ii) Mutualismo

(iii) Commensalismo (iv) Mutualismo

(v)Commensalismo (vi) Concorrenza

48. Studia le tre diverse piramidi di età, per la popolazione umana indicate di seguito e rispondi alle domande che seguono

(i) Scrivi i nomi dati a ciascuna di queste piramidi di età.
(ii) Menzionare quello che è ideale per la popolazione umana e perché? [Straniero 2011]
Risposta (i) A – Espansione, B – Stabile,C -Decrescente

(ii) Si preferisce una popolazione stabile. È vantaggiosa per la sopravvivenza e una vita migliore della popolazione umana. È utile per la pianificazione delle attività assistenziali.

49.Perché è necessaria la predazione in una comunità di organismi diversi?[Estero 2009]
Ans .Requisito di predazione:

(i) Agisce come condotto per il trasferimento di energia attraverso i livelli trofici.

(ii) Tenere sotto controllo la popolazione di prede.

(iii) Aiuta a mantenere la diversità delle specie in una comunità riducendo l'intensità della competizione.

(iv) Il controllo biologico dei parassiti si basa sulla predazione.

50. Studia le curve di crescita della popolazione nel grafico riportato di seguito e rispondi alle domande che seguono

(i) Identificare le curve di crescita A e B
(ii) Quale di questi è considerato più realistico e perché?
(iii) Se

equazione della curva di crescita logistica, cosa significa K?
(iv) Cosa è simboleggiato da N?[Delhi 2008]
Ans .(i)A – Curva di crescita esponenziale B – Curva di crescita logistica

(ii) La curva di crescita logistica B è considerata più realistica perché le risorse sono finite e prima o poi diventano limitanti.

(iii) K-sta per capacità di carico. È il numero massimo di individui di una popolazione, che un dato ambiente può sostenere.

(iv) N-simboleggia la densità di popolazione. È il numero di individui in una data popolazione per unità di area

51. Studiare le curve di crescita della popolazione mostrate di seguito

(i) Curve di identità A e B,
(ii) Menzionare le condizioni responsabili rispettivamente delle curve A e B,
(iii) Fornire l'equazione necessaria per la curva B. [All India 2008]
Risposta (i)A-Curva di crescita esponenziale B-Curva di crescita logistica.

(ii) A- Qualsiasi specie che cresce in modo esponenziale in condizioni di risorse illimitate, mostra questa curva di crescita.

B- Una popolazione che cresce in un habitat con risorse limitate mostra una fase di latenza iniziale, una fase di log accelerata e una fase stazionaria decelerata.

(iii)

52. Studia il grafico sottostante e rispondi alle domande che seguono

(i) La curva A è rappresentata dall'equazione
dN /dt=rN rappresentano nell'equazione e qual è la sua importanza?
(ii) Quale delle due curve è considerata più realistica per la maggior parte della popolazione animale?
(iii) Quale curva rappresenterebbe la popolazione di una specie di cervo se non ci sono predatori nell'habitat? Perché è così? [Estero 2008]
Ans .(i) r è il tasso intrinseco di incremento naturale. È un parametro importante per valutare l'impatto di eventuali fattori abiotici o biotici sulla crescita della popolazione.

(ii) La curva B è più realistica per la popolazione animale

(iii) Curva-B. Quando i predatori sono assenti, ci sarà competizione tra grandi popolazioni di prede per le risorse.

5 punti domande

53.(i) Dai un nome al modello di crescita della popolazione con l'equazione rappresenta. Cosa rappresenta ‘r’ nell'equazione? Scrivi la sua importanza nella crescita della popolazione.
(ii) Spiegare il principio della capacità di carico utilizzando la curva di crescita logistica Verhulst-Pearl della popolazione. [Delhi 2014 C]
Risposta Il modello di crescita logistica è rappresentato dall'equazione

Qui Y rappresenta il fattore intrinseco di un tasso di aumento naturale. Poiché la crescita per la maggior parte della popolazione degli organismi diventa limitante a causa delle risorse limitate, questo modello di crescita logistica fornisce un modello realistico per lo studio della crescita della popolazione.

(ii) La curva di crescita logistica di Verhulst-Pearl è spiegata da

dove K rappresenta la capacità di carico. Può essere riferito al limite della natura delle risorse naturali che un habitat fornisce ai suoi individui di una popolazione in crescita, oltre il quale non c'è crescita in quel particolare habitat.

54. Qual è l'associazione tra il calabrone e la sua orchidea preferita Ophrys? In che modo l'estinzione o il cambiamento di uno influenzerebbe l'altro? [Delhi 2012]
Ans .Il mutualismo è un'associazione vista tra il calabrone e l'orchidea In questo, entrambe le specie ne beneficiano. Un petalo del suo fiore ha una strana somiglianza con la femmina dell'ape per dimensioni, colore e segni.

L'ape maschio è attratta da ciò che percepisce come femmina e si pseudocopula con il fiore. Durante il processo, l'ape viene spolverata con il polline del fiore. Quando questa stessa ape si pseudocopula con un altro fiore, gli trasferisce il polline e quindi impollina il fiore.

L'estinzione del calabrone influenzerà sicuramente il fiore dell'orchidea perché queste api sono il mezzo di impollinazione per il fiore e se si estinguono, la percentuale di impollinazione sarà ridotta. Ma l'estinzione dell'orchidea non influenzerà la popolazione dei calabroni.

55.(i) Cos'è una piramide dell'età?
(ii) Spiegare con l'aiuto di figure, i tre diversi tipi di piramidi di età rappresentati dalla popolazione umana. [Delhi 2011c]
Ans .(i) La rappresentazione grafica del n. di individui nei diversi gruppi di età di una popolazione, in un dato momento è noto come piramide delle età.

  • Quando viene tracciata la distribuzione per età (percentuale di individui di una data età o gruppo di età) per la popolazione, si parla di piramide dell'età.
  • La popolazione in un dato momento è composta da individui di età diverse.
  • Per la popolazione umana, le piramidi dell'età mostrano generalmente la distribuzione per età di maschi e femmine in un diagramma combinato.
  • La forma delle piramidi riflette lo stato di crescita della popolazione che sia in espansione (a forma triangolare), stabile (a campana) o in declino.

56.(i) Spiegare il tasso di natalità e il tasso di mortalità nella popolazione con l'aiuto di un esempio ciascuno.
(ii) Che cos'è la piramide dell'età? Disegna una piramide delle età di una popolazione in espansione. [Tutta l'India 2011 C]
Risp. (i) Il n. di organismi aggiunti a una popolazione per nascita in un dato periodo è noto come tasso di natalità, ad es. se in uno stagno ci sono 20 piante di loto l'anno scorso e attraverso la riproduzione vengono aggiunte 8 nuove piante, il tasso di natalità =8/20=0,4 piante per loto all'anno.

Il no. di individui rimossi da una popolazione a causa della morte in un dato periodo di tempo è chiamato tasso di mortalità, ad es. se 4 individui in una popolazione di laboratorio di 40 moscerini della frutta sono morti durante un intervallo di tempo specificato, diciamo una settimana, il tasso di mortalità nella popolazione=4/40=0,1 individui per moscerino della frutta a settimana.

(ii) La piramide delle età rappresenta geometricamente le proporzioni dei diversi gruppi di età nella popolazione. La forma triangolare della piramide delle età rappresenta lo stato di crescita in espansione della popolazione umana.

La rappresentazione grafica del n. di individui nei diversi gruppi di età di una popolazione, in un dato momento è noto come piramide delle età.
Piramide dell'età

  • Quando viene tracciata la distribuzione per età (percentuale di individui di una data età o gruppo di età) per la popolazione, si parla di piramide dell'età.
  • La popolazione in un dato momento è composta da individui di età diverse.
  • Per la popolazione umana, le piramidi dell'età mostrano generalmente la distribuzione per età di maschi e femmine in un diagramma combinato.
  • La forma delle piramidi riflette lo stato di crescita della popolazione che sia in espansione (a forma triangolare), stabile (a campana) o in declino.

57.(i) Spiegare l'equazione
Nt+) =Nt+[

(ii) Menzionare i diversi modi in cui può essere misurata la densità di popolazione di specie diverse. [Delhi 2011c]
Risposta (i) Se Ni è la densità di popolazione al tempo t, allora la sua densità al tempo t +1 è N t + [(B + 1) -(D -E)]

La densità di popolazione aumenterà se il n. di nascite e il n. di immigrati, ovvero (8 + 1) è superiore al n. di morte e il n. di emigranti, ovvero (D + 1)

(ii) Tre modi per misurare la densità di popolazione di un habitat

A- Copertura percentuale per alberi con chioma più grande.

B- Numero di pesci catturati per trappola.

C- Segni di carlino o pellet fecali per il censimento della tigre.

58. Studia la tabella che segue e rispondi alle domande che seguono

Identifica A, B, C e D nella tabella data e spiegane tre con l'aiuto di un esempio ciascuno. [Delhi 2011 C]
Ans .A-Mutualismo B-Competizione C-Predazione D-Amensalismo
Mutualismo È un'interazione, in cui entrambe le specie traggono beneficio dall'interazione, ad es. licheni.
Competizione Si tratta di un'interazione, in cui entrambe le specie soffrono a causa dello stesso fabbisogno di risorse, che sono limitate, ad es. In alcuni laghi sudamericani, i fenicotteri in visita e le specie residenti competono per il cibo comune.
Predazione È un'interazione tra due specie in cui una specie (parassita) dipende dall'altra specie (ospite) per il cibo e il riparo e nel processo danneggia l'ospite, cioè uno è beneficiato e l'altro danneggiato, ad es. tigre e il cervo.
Amensalismo Si tratta di un'interazione, in cui una specie è danneggiata, mentre un'altra non ne ha beneficiato né danneggiato, ad es. antibiotici per i patogeni.

59.Disegnare e spiegare una curva logistica per una popolazione di densità (N) al tempo (it) il cui tasso intrinseco di aumento naturale di (r) e capacità di carico (K). [Delhi 2010]
Risposta (i) La popolazione mostra inizialmente una fase di ritardo e quindi mostra una fase di accelerazione o crescita esponenziale seguita da una fase di decelerazione

(ii) La popolazione può crescere in modo esponenziale per un certo periodo di tempo e poi assumere uno stato stazionario, poiché la disponibilità di risorse diventa limitata ad un certo punto del tempo.

(iii) Ogni ambiente ha risorse per supportare un particolare numero massimo di individui, chiamato capacità di carico. Oltre a ciò, non vi è alcun aumento della dimensione/densità di una popolazione.

(iv) Una popolazione che mostra una crescita logistica mostra una curva sigmoide, quando il numero di individui è tracciato in funzione del tempo

(v) L'equazione può essere descritta come

dove, N = Densità di popolazione al tempo t, r = Tasso intrinseco di aumento naturale,
K = Portata

(vi) Il modello è di natura più realistica, perché nessuna popolazione può sostenere la crescita esponenziale indefinitamente.
60.(i) Perché gli erbivori sono considerati simili ai predatori nel contesto ecologico? Spiegare.
(ii) Differenziare tra le seguenti interazioni interspecifiche in una popolazione
(a)Mutualismo e concorrenza
(b)Commensalismo e amensalismo [Tutta l'India 2010]
Ans .(i) Gli erbivori si nutrono di piante. Sono considerati predatori perché trasferiscono energia anche attraverso i livelli trofici. Oltre a questo, tengono sotto controllo anche la popolazione delle loro prede. Ad esempio, quando il fico d'India fu introdotto in Australia all'inizio del 1920, si diffuse rapidamente causando scompiglio. La loro popolazione fu controllata introducendo un predatore che si nutriva di cactus (una falena).

(ii) (a) Le differenze tra mutualismo e concorrenza sono

(b) La differenza tra commensalismo e amensalismo è:

61.(i) Spiegare con l'aiuto di un grafico la curva di crescita della popolazione quando le risorse sono (A) limitanti (B) non limitanti.
(ii) La natura ha una capacità di carico per una specie. Spiegare. [Estero 2010]
Risposta

(a) Le risorse stanno limitando La curva di crescita della popolazione è sigmoide. È rappresentato dall'equazione

dove, N = Densità di popolazione al tempo t, r – Tasso intrinseco di aumento naturale

(b) Le risorse sono illimitate La curva di crescita della popolazione è a forma di J. È rappresentato dall'equazione

dove, N t = Densità di popolazione dopo il tempo t, N 0 = Densità di popolazione al tempo zero r = Tasso intrinseco di aumento naturale, e = La base del logaritmo naturale (2.71828).

(ii) Le risorse diventano limitate in un determinato momento. Quindi, nessuna popolazione può crescere in modo esponenziale. Ogni ambiente o habitat ha risorse limitate per supportare un particolare numero massimo di individui. Questa è chiamata la sua capacità di carico (K).


Perché i piccoli organismi fanno movimenti più veloci rispetto ai grandi organismi? - Biologia

Ti sei mai chiesto perché non riusciamo a sfamare gli affamati del mondo? È una questione complessa, ma potrebbe sorprenderti sapere che non è perché non c'è abbastanza cibo che l'attuale capacità agricola, basata sulla tecnologia attuale, esiste per sfamare fino a 10 miliardi di persone. La popolazione della Terra è "solo" di circa 7 miliardi. La grande domanda in realtà è: Se vogliamo sfamare tutti, cosa dovrebbero mangiare tutti? Per rispondere a questa domanda, scarica questo foglio di calcolo Excel e prova a inserire alcuni numeri.

Esempio: un acro di un raccolto di cereali potrebbe essere utilizzato per nutrire il bestiame, e quindi il bestiame potrebbe essere utilizzato per nutrire le persone. Se il 50% dell'energia viene perso per il bestiame, potresti nutrire il doppio delle persone se gli dai da mangiare direttamente il grano. Un altro modo di vedere le cose è che ci vorrebbe solo mezzo acro di terra per nutrire il grano della gente, ma un intero acro se dai il grano al bestiame e il bestiame al popolo. Una pratica comune per allevare i bovini più velocemente è nutrirli con proteine ​​animali macinate. Ciò significa che quando mangiamo la carne della mucca, siamo al livello terziario o superiore. La perdita di energia tra i livelli trofici può anche essere anche maggiore. Studi recenti suggeriscono che solo

Il 10% dell'energia viene convertita in biomassa da un livello trofico all'altro!

La catena alimentare: La risposta ha a che fare con i livelli trofici. Come probabilmente saprai, gli organismi alla base della catena alimentare sono piante fotosintetiche sulla terraferma e fitoplancton (alghe) negli oceani. Questi organismi sono chiamati produttori e ottengono la loro energia direttamente dalla luce solare e dai nutrienti inorganici. Gli organismi che mangiano i produttori sono i consumatori primari. Tendono ad essere di piccole dimensioni e ce ne sono molti. I consumatori primari sono gli erbivori (vegetariani). Gli organismi che mangiano i consumatori primari sono mangiatori di carne (carnivori) e sono chiamati consumatori secondari. I consumatori secondari tendono ad essere più grandi e in numero minore. Questo continua, fino alla cima della catena alimentare. Circa il 50% dell'energia (forse fino al 90%) nel cibo viene persa ad ogni livello trofico quando un organismo viene mangiato, quindi è meno efficiente essere un consumatore di ordine superiore rispetto a un consumatore primario. Pertanto, il trasferimento di energia da un livello trofico all'altro, risalendo la catena alimentare, è come una piramide più ampia alla base e più stretta alla sommità. A causa di questa inefficienza, c'è cibo sufficiente solo per pochi consumatori di alto livello, ma c'è molto cibo per gli erbivori più in basso nella catena alimentare. Ci sono meno consumatori che produttori.

Piramidi energetiche terrestri e acquatiche


Livello trofico Bioma del deserto Bioma delle praterie Bioma dello stagno Bioma oceanico
Produttore (fotosintetico) Cactus Erba Alghe fitoplancton
Consumatore primario (erbivoro) La farfalla Cavalletta Larve di insetti zooplancton
Consumatore Secondario (Carnivoro) Lucertola Topo pesciolino Pesce
Consumatore terziario (carnivoro) Serpente Serpente Rana Foca
Consumatore quaternario (carnivoro) Roadrunner Falco Procione Squalo

Catena alimentare: Ad ogni livello trofico possono esserci molte più specie di quelle indicate nella tabella sopra. Le reti alimentari possono essere molto complesse. La disponibilità di cibo può variare stagionalmente o in base all'ora del giorno. Un organismo come un topo potrebbe svolgere due ruoli, mangiare insetti occasionalmente (rendendolo un consumatore secondario), ma anche mangiare direttamente sulle piante (rendendolo un consumatore primario). Una rete alimentare di chi mangia chi nel bioma del deserto del sud-ovest americano potrebbe assomigliare a questo:

Specie chiave di volta: In alcune reti trofiche esiste una " specie chiave" critica da cui dipende l'intero sistema. Allo stesso modo in cui un arco crolla quando viene rimossa la chiave di volta, un'intera catena alimentare può crollare se si verifica un declino in una specie di chiave di volta. Spesso, la specie chiave di volta è un predatore che tiene sotto controllo gli erbivori e impedisce loro di consumare eccessivamente le piante, portando a una massiccia morte. Quando rimuoviamo i migliori predatori come orsi grizzly, orche o lupi, per esempio, ci sono prove che non colpiscono solo le specie prede, ma anche l'ambiente fisico.

Predatori dell'apice: Queste specie sono in cima alla catena alimentare e gli adulti sani non hanno predatori naturali. I giovani e gli anziani possono in alcuni casi essere preda, ma in genere soccombono alle malattie, alla fame, agli effetti dell'invecchiamento o a una combinazione di questi. Soffrono anche della competizione con gli umani, che spesso eliminano i predatori principali per avere accesso esclusivo alle specie prede, o attraverso la distruzione dell'habitat, che è una forma indiretta di competizione.

Decompositori: Quando gli organismi muoiono, a volte vengono mangiati dagli spazzini, ma i tessuti rimanenti vengono scomposti da funghi e batteri. In questo modo, i nutrienti che facevano parte del corpo vengono restituiti al fondo della piramide trofica.

Bioaccumulo: Oltre a essere meno efficiente dal punto di vista energetico, mangiare più in alto nella catena alimentare ha i suoi rischi. Pesticidi e metalli pesanti come mercurio, arsenico e piombo tendono a essere consumati in piccole quantità dai consumatori primari. Queste tossine vengono immagazzinate nei grassi dell'animale. Quando questo animale viene mangiato da un consumatore secondario, queste tossine diventano più concentrate perché i consumatori secondari mangiano molti consumatori primari e spesso vivono anche più a lungo. Il pesce spada e il tonno sono vicini alla cima della catena alimentare acquatica e, quando li mangiamo, stiamo consumando tutte le tossine che hanno accumulato nel corso della vita. Per questo motivo si sconsiglia alle donne in gravidanza di mangiare questi alimenti. Risolvi matematicamente i seguenti problemi.

1. Dato: 10 miliardi di persone possono ricevere una dieta vegetariana di base che sia nutrizionalmente completa. Quante persone potremmo sfamare secondo lo standard americano, un livello di consumo terziario (consumatori di terzo ordine?). Il 50% dell'energia viene persa da ogni livello superiore.

2. Se ci sono 250 milioni di persone negli Stati Uniti, la maggior parte delle quali mangia al livello terziario (3°), quante persone potremmo sfamare al livello primario?

3. Alcuni animali come gli squali sono consumatori di quinto ordine! Gli squali mangiano il tonno che mangia lo sgombro che mangia l'aringa che mangia i copepodi che mangiano le diatomee. Se dovessimo fare la ragionevole supposizione che ciascuno di questi animali mangia 2 delle sue prede ogni giorno, quanti organismi sono morti per nutrire lo squalo in un giorno?


Un progetto di biologia di livello

Questo è un esperimento per esaminare come il rapporto superficie/volume influenzi il tasso di diffusione nei substrati e come questo sia correlato alla dimensione e alla forma degli organismi viventi.

Introduzione

Questo è un progetto di biologia di livello A. Mi ha aiutato a prendere un voto A per biologia molti anni fa. L'intero progetto è riprodotto qui per vostro riferimento.

  • Obiettivi
  • Informazioni di base
  • Apparato
  • Metodo
  • Predizione
  • Risultati
  • Interpretazione
  • Precauzioni
  • Limitazioni
  • Anomalie
  • Lavoro di estensione

Il rapporto tra superficie e volume negli organismi viventi è molto importante. I nutrienti e l'ossigeno devono diffondersi attraverso la membrana cellulare e nelle cellule. La maggior parte delle cellule non ha un diametro più lungo di 1 mm perché le cellule piccole consentono ai nutrienti e all'ossigeno di diffondersi rapidamente nella cellula e consentono ai rifiuti di diffondersi rapidamente fuori dalla cellula. Se le cellule fossero più grandi di così, ci vorrebbe troppo tempo perché i nutrienti e l'ossigeno si diffondano nella cellula, quindi la cellula probabilmente non sopravvivrebbe.

Gli organismi unicellulari possono sopravvivere poiché hanno una superficie sufficientemente ampia da consentire a tutto l'ossigeno e i nutrienti di cui hanno bisogno di diffondersi. Gli organismi multicellulari più grandi hanno bisogno di organi specializzati per respirare come polmoni o branchie.

  1. bicchieri
  2. Blocchi di gelatina contenenti colorante rosso cresolo
  3. Acido cloridrico 0,1 M
  4. cronometro
  5. Bisturi
  6. Piastrella
  7. Occhiali di sicurezza

1. Un blocco di gelatina tinto con colorante rosso cresolo deve essere tagliato in blocchi delle seguenti dimensioni (mm).

5 x 5 x 5
10 x 10 x 10
15 x 15 x 15
20 x 20 x 20
10 x 10 x 2
10 x 10 x 10 (triangolo)
10 x 15 x 5
20 x 5 x 5

Il triangolo ha le seguenti dimensioni. [non riprodotto]

Il resto dei blocchi sono semplici cubi o blocchi rettangolari.

Il colorante rosso cresolo è un colorante indicatore acido/alcali. Nelle condizioni alcaline della gelatina è rossa o viola ma quando viene esposta all'acido assume un colore giallo chiaro.

La gelatina viene utilizzata per questi test in quanto è permeabile e quindi si comporta come una cellula. È facile da tagliare nelle dimensioni richieste e l'acido cloridrico può diffondersi in modo uniforme attraverso di esso.

Non sto usando blocchi più grandi di 20 x 20 x 20 poiché un test preliminare ha scoperto che era pratico utilizzare solo blocchi di 20 mm³ o meno poiché qualsiasi cosa più grande di questo richiederebbe più tempo del tempo che dobbiamo fare l'esperimento.

2. Un piccolo bicchiere è stato riempito con 100 cm³ di acido cloridrico 0,1 molare. Questo è un volume di acido sufficiente per garantire che tutte le dimensioni dei blocchi siano completamente ricoperte di acido quando vengono fatte cadere nel becher.

3. Uno dei blocchi viene lasciato cadere in questo bicchiere e il tempo in cui tutto il colorante rosso scompare è annotato in una tabella come quella qui sotto.

Dimensioni (mm) Superficie Volume (mm³) Rapporto superficie/volume Prova 1 Prova 2 Prova 3 Tempo medio

4. Questo test dovrebbe essere ripetuto tre volte per tutte le dimensioni dei blocchi per garantire un test corretto. L'acido fresco deve essere utilizzato per ogni blocco per garantire che ciò non influisca sui risultati dell'esperimento.

5. È quindi possibile calcolare il rapporto superficie/volume e una media dei risultati. È quindi possibile tracciare un grafico del rapporto tra superficie e volume. Da questo grafico potremo vedere come l'area della superficie influenzi il tempo impiegato dall'acido cloridrico per penetrare al centro del cubo.

Prevedo che all'aumentare del rapporto superficie/volume il tempo impiegato dall'acido cloridrico per penetrare al centro del cubo diminuirà. Questo perché un piccolo blocco ha una grande superficie rispetto al suo volume, quindi l'acido cloridrico avrà un'ampia superficie attraverso cui diffondersi. Un blocco più grande ha una superficie minore in relazione alle sue dimensioni, quindi l'acido cloridrico impiega più tempo a diffondersi al centro del cubo. La velocità effettiva dell'acido cloridrico che si diffonde attraverso la gelatina dovrebbe essere la stessa per tutti i blocchi, ma quando il rapporto superficie/volume sale ci vorrà meno tempo perché l'acido cloridrico raggiunga il centro del cubo.

Ho effettuato l'esperimento di cui sopra e sono stati ottenuti questi risultati.

Dimensioni (mm) Superficie Volume (mm³) Rapporto superficie/volume Prova 1 Prova 2 Prova 3 Tempo medio
5 x 5 x 5 150 125 1.2:1 7.02 6.57 4.53 6.16
10 x 10 x 10 600 1,000 0.6:1 10.3 23.25 15.33 16.28
15 x 15 x 15 1,350 3,375 0.4:1 29.55 30.22 23.45 28.01
20 x 20 x 20 2,400 8,000 0.3:1 53.4 32.44 58.56 48.3
10 x 10 x 2 280 200 1.4:1 0.26 0.37 1.58 1.01
10 x 15 x 5 550 750 0.73:1 7.2 10.23 10.47 9.3
20 x 5 x 5 450 500 0.9:1 3.18 2.58 4.09 3.29
10 x 10 x 10
(Triangolo)
441.42 500 0.88:1 9.58 3.34 5.25 6.19

Il rapporto tra superficie e volume è calcolato da

Rapporto superficie/volume = Area superficiale/volume

Da questi tassi sono stato in grado di tracciare un grafico del rapporto tra superficie e volume rispetto al tempo.

In tutti i blocchi di gelatina la velocità di penetrazione dell'acido cloridrico da entrambi i lati sarebbe stata la stessa, ma tutti i blocchi impiegano tempi diversi per schiarirsi perché sono di dimensioni diverse. Man mano che i blocchi si ingrandiscono, l'acido cloridrico impiega più tempo a diffondersi attraverso tutto il blocco e quindi eliminare il colorante. Ci vuole più tempo per raggiungere il centro del cubo anche se la velocità di diffusione è la stessa per tutti i cubi.

All'aumentare del volume dei blocchi, il rapporto Superficie/Volume diminuisce. I blocchi più grandi hanno una percentuale di superficie inferiore rispetto ai blocchi più piccoli. Il blocco più piccolo ha una superficie di 1,4 mm² per ogni 1 mm³ di volume. Il blocco più grande ha solo 0,3 mm² di superficie per ogni 1 mm³ di volume. Ciò significa che l'acido cloridrico è in grado di diffondersi al centro del blocco più piccolo molto più velocemente del blocco più grande. L'acido ha impiegato 48 minuti per diffondersi al centro del blocco più grande ma solo 1 minuto nel blocco più piccolo. Una cellula vivente non sopravviverebbe se dovesse aspettare 48 minuti affinché l'ossigeno si diffonda attraverso di essa, quindi le cellule viventi devono essere molto piccole.

Quando il rapporto tra superficie e volume diminuisce, l'acido cloridrico impiega più tempo a diffondersi nel cubo, ma se il rapporto aumenta, l'acido cloridrico si diffonde più rapidamente nel blocco di gelatina. Alcune forme hanno un rapporto tra superficie e volume maggiore, quindi la forma dell'oggetto può avere un effetto sulla velocità di diffusione.

È importante che le cellule abbiano un ampio rapporto tra superficie e volume in modo che possano ottenere abbastanza nutrienti nella cellula.Possono aumentare la loro superficie appiattendosi e allungandosi o avendo una superficie ruvida con molte pieghe della membrana cellulare note come villi. [immagine non riprodotta]

I villi aumentano notevolmente la superficie della cellula mentre la cellula che è rotonda ha solo una piccola superficie in relazione al suo volume. Entrambe le celle sopra hanno un volume di 1 cm³. La cella a sinistra ha una superficie di 3 cm² ma la cella a destra con i villi ha una superficie di 10 cm². La membrana cellulare è costituita da un doppio strato lipidico al cui interno sono integrate molte proteine. [immagine non riprodotta]

L'ossigeno può diffondersi facilmente attraverso la membrana e l'anidride carbonica e altri prodotti di scarto possono dissolversi facilmente. La concentrazione di ossigeno nella cellula è sempre inferiore a quella esterna alla cellula, il che fa sì che l'ossigeno si diffonda all'interno. I gas si dissolvono sempre da un'area di alta pressione a bassa pressione. La concentrazione di anidride carbonica all'esterno della cellula è inferiore alla concentrazione nella cellula, quindi l'anidride carbonica si dissolverà sempre fuori dalla cellula.

Gli organismi unicellulari come le amebe hanno un ampio rapporto tra superficie e volume perché sono così piccoli. Sono in grado di ottenere tutto l'ossigeno e i nutrienti di cui hanno bisogno per diffusione attraverso la membrana cellulare.

Gli organismi più grandi come i mammiferi hanno una superficie relativamente piccola rispetto al loro volume, quindi hanno bisogno di sistemi speciali come i polmoni per ottenere abbastanza ossigeno. Il rapporto tra superficie e volume è molto importante nei polmoni dove una grande quantità di ossigeno deve entrare nei polmoni. I polmoni hanno una superficie molto ampia perché contengono milioni di sacche chiamate alveoli che consentono all'ossigeno di diffondersi nel flusso sanguigno. Avendo milioni di questi alveoli i polmoni sono in grado di stipare una superficie molto ampia in un piccolo spazio. Questa superficie è sufficiente perché tutto l'ossigeno di cui abbiamo bisogno si diffonda attraverso di essa e faccia uscire l'anidride carbonica.

Aumentando la superficie la velocità di diffusione aumenterà.

a) Tutta la gelatina utilizzata deve essere prelevata dallo stesso blocco per garantire che tutti i blocchi siano costituiti dagli stessi materiali.

b) Tutti i test devono essere eseguiti a temperatura ambiente per garantire che i blocchi di gelatina non si fondano.

c) Lo stesso volume di acido deve essere utilizzato per tutti i test per garantire che la velocità di diffusione non possa essere influenzata dalla pressione di un volume maggiore di acido.

d) Indossare occhiali di sicurezza per proteggere gli occhi dall'acido cloridrico.

Per rendere questo esperimento più accurato, l'ho ripetuto tre volte per ogni dimensione del blocco e quindi ho utilizzato la media di tutti i risultati per tracciare un grafico con una linea di adattamento ottimale. Ho cercato di mantenere tutte le variabili, tranne la dimensione dei blocchi di gelatina, le stesse per tutti gli esperimenti. Tuttavia, in realtà è impossibile mantenere tutte le variabili esattamente uguali. Per esempio:

a) È anche impossibile misurare con precisione ogni volta la dimensione del blocco di gelatina. Ho misurato le dimensioni al millimetro più vicino, quindi le dimensioni del blocco che ho usato dovrebbero essere corrette al millimetro più vicino.

b) Quando i blocchi di gelatina vengono fatti cadere nei bicchieri, la base del blocco entra in contatto con il fondo del bicchiere che riduce la superficie del blocco che viene a contatto con l'acido cloridrico.

c) I risultati saranno leggermente imprecisi poiché il momento in cui il blocco di gelatina ha perso tutto il suo colorante è una questione di opinione e non qualcosa che può essere misurato con precisione.

d) A causa della velocità abbastanza lenta delle nostre reazioni, è possibile misurare il tempo della reazione solo con l'approssimazione di 0,1 secondi anche se il cronometro mostra le misurazioni con l'approssimazione di 0,01 secondi.

Il grafico prodotto mostra una curva uniforme con un gradiente decrescente all'aumentare del rapporto tra superficie e volume. L'unica anomalia è il risultato per il blocco 5 x 5 x 5. Il risultato qui è superiore alla curva di miglior adattamento per il grafico. I risultati per il blocco 5 x 5 x 5 variavano da 4,53 a 7,02 secondi con una media di 6,15 secondi. La linea di miglior adattamento per il grafico suggerisce che la media dovrebbe essere di circa 3 secondi. Il risultato anomalo era probabilmente dovuto a un errore sperimentale in quanto questa era la prima dimensione del blocco che ho usato nell'esperimento. La spiegazione più probabile è che non ero sicuro di come giudicare quando tutto il colorante era scomparso e, di conseguenza, ho ritardato la pressione del pulsante di arresto del cronometro. Man mano che l'esperimento procedeva con le altre dimensioni dei blocchi, probabilmente sono migliorato nel dare questo giudizio.

Questo esperimento potrebbe essere migliorato in molti modi.

1) Potrebbe essere ripetuto più volte per eliminare eventuali anomalie. Un risultato complessivo migliore si otterrebbe ripetendo l'esperimento più volte perché eventuali errori in un esperimento dovrebbero essere compensati dagli altri esperimenti.

2) L'utilizzo di più forme e dimensioni del blocco di gelatina avrebbe prodotto un grafico dall'aspetto migliore.

3) Potrebbero essere studiate le variabili che potrebbero influenzare la velocità di diffusione. La velocità di diffusione può anche essere influenzata dalla temperatura, dalla forza dell'acido e dal volume dell'acido

4) Il blocco potrebbe essere sospeso nell'acido cloridrico in modo che nessuna delle sue superfici sia in contatto con la parete del bicchiere. Una piccola culla potrebbe essere utilizzata per sospendere i blocchi nell'acido, il che significherebbe che tutti e sei i lati del cubo dovrebbero essere a contatto con l'acido. Ciò garantirebbe che la diffusione possa avvenire uniformemente attraverso tutti i lati del cubo.

Disclaimer

Questo è un vero progetto scolastico di livello A e come tale è destinato esclusivamente a scopi didattici o di ricerca. Gli estratti di questo progetto non devono essere inclusi in nessun progetto che si invia per la marcatura. In questo modo potresti essere squalificato da tutte le materie che stai seguendo. Sei stato avvertito. Se vuoi più aiuto con le tue esercitazioni di biologia, dai un'occhiata a "Lavoro pratico di livello avanzato per la biologia" di Sally Morgan. Se desideri informazioni più dettagliate sulla biologia, ti consiglio il libro "Advanced Biology" di M. Kent.

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Questo articolo è stato pubblicato lunedì 2 giugno 2008 alle 20:14 ed è archiviato in Vita. Puoi seguire qualsiasi risposta a questa voce tramite il feed RSS 2.0. Puoi lasciare una risposta o un trackback dal tuo sito.

2 risposte a “Esperimento di biologia del rapporto tra superficie e volume”

Come si fanno i deragliare i cubetti di gelatina rossi e amp? Non sono riuscito a usare la gelatina in polvere e quindi mi chiedevo cosa usare e quale rapporto?

Vorrei citare questa pagina in un esperimento simile che sto facendo nella mia classe di biologia, va bene?


Perché le cellule sono considerate la più piccola unità di vita?

Le cellule sono considerate la più piccola unità della vita perché sono i componenti più piccoli degli esseri viventi e alcuni organismi, come i batteri, sono costituiti da singole cellule. Inoltre, ogni parte del corpo animale, compresi i vasi sanguigni, gli organi e la pelle, è costituita da una congregazione di cellule.

La cellula è stata scoperta dallo scienziato Robert Hooke a metà del 1660 ed è spesso definita "l'elemento costitutivo della vita". Tutti gli organismi sono costituiti da una o più cellule. Mentre i batteri hanno una cellula, il corpo di un essere umano medio è composto da circa 100 trilioni di cellule.

Un altro motivo per cui le cellule sono considerate l'unità più piccola della vita è che tutte le operazioni cruciali di un organismo si svolgono all'interno di una cellula. Tutte le cellule nascono da cellule preesistenti, con quelle più vecchie che degenerano. Le cellule portano attributi ereditari, come il DNA, e li trasmettono da una generazione all'altra. Quando un organismo non è in grado di produrre nuove cellule, muore, perché le funzioni vitali del corpo non hanno più luogo. Le cellule sono responsabili delle funzioni di base, come il metabolismo, la fotosintesi e la sintesi proteica.

Tutte le cellule hanno una membrana selettivamente permeabile. La copertura controlla ciò che può attraversarla. Una singola cellula comprende un nucleo, organelli e un citoscheletro.


Cos'è la biodiversità e perché ci interessa?

L'aria che respiri, l'acqua che bevi e il cibo che mangi dipendono tutti dalla biodiversità, ma in questo momento è in crisi, a causa nostra. Cosa significa questo per il nostro futuro e possiamo fermarlo?

Ultima modifica il mar 17 set 2019 16.48 BST

Cos'è la biodiversità?

È la varietà della vita sulla Terra, in tutte le sue forme e tutte le sue interazioni. Se suona sconcertantemente ampio, è perché lo è. La biodiversità è la caratteristica più complessa del nostro pianeta ed è la più vitale. "Senza biodiversità, non c'è futuro per l'umanità", afferma il professor David Macdonald, dell'Università di Oxford.

Il termine è stato coniato nel 1985 – una contrazione di “diversità biologica” – ma le enormi perdite globali di biodiversità che ora stanno diventando evidenti rappresentano una crisi che eguaglia – o molto probabilmente supera – il cambiamento climatico.

Più formalmente, la biodiversità è composta da diversi livelli, a partire dai geni, poi dalle singole specie, quindi dalle comunità di creature e infine da interi ecosistemi, come foreste o barriere coralline, dove la vita interagisce con l'ambiente fisico. Queste miriadi di interazioni hanno reso la Terra abitabile per miliardi di anni.

Un modo più filosofico di vedere la biodiversità è questo: rappresenta la conoscenza appresa dalle specie in evoluzione nel corso di milioni di anni su come sopravvivere attraverso le condizioni ambientali estremamente variabili che la Terra ha sperimentato. Vista così, avvertono gli esperti, l'umanità sta attualmente "bruciando la biblioteca della vita".

Gli insetti sono la base delle numerose catene alimentari selvatiche che supportano gli ecosistemi. Illustrazione: Frances Marriott

Gli animali e gli insetti contano davvero per me?

Per molte persone che vivono in città, la fauna selvatica è spesso qualcosa da guardare in televisione. Ma la realtà è che l'aria che respiri, l'acqua che bevi e il cibo che mangi fanno affidamento sulla biodiversità. Alcuni esempi sono ovvi: senza piante non ci sarebbe ossigeno e senza api da impollinare non ci sarebbero né frutta né noci.

Altri sono meno ovvi: le barriere coralline e le paludi di mangrovie forniscono una protezione inestimabile da cicloni e tsunami per coloro che vivono sulle coste, mentre gli alberi possono assorbire l'inquinamento atmosferico nelle aree urbane.

Altri sembrano bizzarri: le tartarughe tropicali e le scimmie ragno sembrano avere poco a che fare con il mantenimento di un clima stabile. Ma gli alberi densi e di latifoglie che sono più efficaci nel rimuovere l'anidride carbonica dall'atmosfera fanno affidamento sulla dispersione dei loro semi da parte di questi grandi mangiatori di frutta.

Quando gli scienziati esplorano ogni ecosistema, trovano innumerevoli interazioni di questo tipo, tutte affinate da milioni di anni di evoluzione. Se non danneggiato, questo produce un sistema sano e finemente equilibrato che contribuisce a un pianeta sano e sostenibile.

La pura ricchezza della biodiversità ha anche benefici per l'uomo. Molte nuove medicine vengono raccolte dalla natura, come un fungo che cresce sulla pelliccia dei bradipi e può combattere il cancro. Anche le varietà selvatiche di animali domestici e colture sono cruciali poiché alcune avranno già risolto la sfida, ad esempio, di far fronte alla siccità o ai terreni salati.

Se il denaro è una misura, si stima che i servizi forniti dagli ecosistemi valgano trilioni di dollari, il doppio del PIL mondiale. La perdita di biodiversità nella sola Europa costa al continente circa il 3% del suo PIL, ovvero 450 milioni di euro (400 milioni di sterline) all'anno.

Da un punto di vista estetico, ognuna delle milioni di specie è unica, un'opera d'arte naturale che non può essere ricreata una volta perduta. "Ogni organismo superiore è più ricco di informazioni di un dipinto di Caravaggio, di una fuga di Bach o di qualsiasi altra grande opera", ha scritto il professor Edward O. Wilson, spesso chiamato il "padre della biodiversità", in un documento fondamentale nel 1985.

Secondo un recente studio, il 75% degli insetti volanti è andato perso negli ultimi 25 anni in Germania. Illustrazione: Frances Marriott

Quanto è diversa la biodiversità?

Incredibilmente vario. L'aspetto più semplice da considerare è la specie. Sono state registrate circa 1,7 milioni di specie di animali, piante e funghi, ma è probabile che siano 8-9 milioni e forse fino a 100 milioni. Il cuore della biodiversità sono i tropici, che pullulano di specie. In 15 ettari (37 acri) di foresta del Borneo, ad esempio, ci sono 700 specie di alberi, lo stesso numero di tutto il Nord America.

Un recente lavoro che considera la diversità a livello genetico ha suggerito che le creature ritenute una singola specie potrebbero in alcuni casi essere in realtà dozzine. Quindi aggiungi batteri e virus e il numero di organismi distinti potrebbe essere di miliardi. Un singolo cucchiaio di terra, che alla fine fornisce il 90% di tutto il cibo, contiene da 10.000 a 50.000 diversi tipi di batteri.

La preoccupazione è che molte specie si stiano perdendo prima ancora che ce ne accorgiamo, o il ruolo che svolgono nel circolo della vita.

Quanto è cattivo?

Molto. Le creature più studiate sono quelle come noi, i grandi mammiferi. Il numero delle tigri, ad esempio, è crollato del 97% nell'ultimo secolo. In molti luoghi, gli animali più grandi sono già stati spazzati via dagli umani: pensa ai dodo o ai mammut lanosi.

Si ritiene che il tasso di estinzione delle specie sia circa 1.000 volte superiore rispetto a prima che gli umani dominassero il pianeta, il che potrebbe essere anche più veloce delle perdite dopo che un gigantesco meteorite ha spazzato via i dinosauri 65 milioni di anni fa. La sesta estinzione di massa nella storia geologica è già iniziata, secondo alcuni scienziati.

La mancanza di dati significa che la "lista rossa", prodotta dall'Unione internazionale per la conservazione della natura, ha valutato solo il 5% delle specie conosciute. Ma per i gruppi più conosciuti trova che molti sono minacciati: il 25% dei mammiferi, il 41% degli anfibi e il 13% degli uccelli.

L'estinzione delle specie fornisce una finestra chiara ma ristretta sulla distruzione della biodiversità: è la scomparsa dell'ultimo membro di un gruppo che è per definizione raro. Ma nuovi studi stanno esaminando il calo del numero totale di animali, catturando la difficile situazione delle creature più comuni del mondo.

I risultati sono spaventosi. Miliardi di singole popolazioni sono andate perdute in tutto il pianeta, con il numero di animali che vivono sulla Terra si è dimezzato dal 1970. Abbandonando il tono normalmente sobrio degli articoli scientifici, i ricercatori chiamano la massiccia perdita di fauna selvatica un "annientamento biologico" che rappresenta un “spaventoso assalto alle fondamenta della civiltà umana”.

Più della metà dell'oceano è ora pescata industrialmente. Illustrazione: Frances Marriott

E sotto il mare?

Gli umani possono mancare di branchie, ma ciò non ha protetto la vita marina. La situazione non è migliore – e forse anche meno compresa – nei due terzi del pianeta coperti dagli oceani. Il pesce è la fonte fondamentale di proteine ​​per oltre 2,5 miliardi di persone, ma la pesca eccessiva dilagante ha causato un calo costante delle catture dal loro picco nel 1996 e ora più della metà dell'oceano è pescato industrialmente.

Che dire degli insetti: gli scarafaggi non sopravvivono a nulla?

Oltre il 95% delle specie conosciute non ha una spina dorsale: nella sola famiglia degli stafilinidi dei coleotteri ci sono circa tante specie quanti sono i vertebrati totali, come mammiferi, pesci e uccelli. In tutto ci sono almeno un milione di specie di insetti e altre 300.000 tra ragni, molluschi e crostacei.

Ma la recente rivelazione che il 75% degli insetti volanti è andato perduto negli ultimi 25 anni in Germania – e probabilmente altrove – indica che il massacro della biodiversità non sta risparmiando raccapriccianti insetti. E gli insetti contano davvero, non solo come impollinatori ma come predatori di parassiti, decompositori di rifiuti e, soprattutto, come base delle numerose catene alimentari selvatiche che supportano gli ecosistemi.

"Se perdiamo gli insetti, tutto crollerà", afferma il professor Dave Goulson della Sussex University, nel Regno Unito. "Attualmente siamo in rotta per l'Armageddon ecologico".

Anche i parassiti molto odiati sono importanti. Un terzo potrebbe essere spazzato via dai cambiamenti climatici, rendendoli tra i gruppi più minacciati sulla Terra. Ma gli scienziati avvertono che questo potrebbe destabilizzare gli ecosistemi, scatenando invasioni imprevedibili di parassiti sopravvissuti in nuove aree.

Un singolo cucchiaio di terra contiene da 10.000 a 50.000 diversi tipi di batteri. Illustrazione: Frances Marriott

Cosa sta distruggendo la biodiversità?

Lo siamo, in particolare mentre la popolazione umana aumenta e le aree selvagge vengono rase al suolo per creare terreni agricoli, abitazioni e siti industriali. L'abbattimento delle foreste è spesso il primo passo e 30 milioni di ettari - l'area della Gran Bretagna e dell'Irlanda - sono stati persi a livello globale nel 2016.

Il bracconaggio e la caccia insostenibile del cibo sono un altro fattore importante. Più di 300 specie di mammiferi, dagli scimpanzé agli ippopotami ai pipistrelli, si stanno estinguendo.

Anche l'inquinamento è un killer, con orche e delfini gravemente danneggiati da inquinanti industriali di lunga durata. Il commercio globale contribuisce ulteriormente al danno: gli anfibi hanno subito uno dei maggiori cali di tutti gli animali a causa di una malattia fungina che si pensa sia stata diffusa in tutto il mondo dal commercio di animali domestici. La navigazione globale ha anche diffuso specie invasive altamente dannose in tutto il pianeta, in particolare i ratti.

I più colpiti di tutti gli habitat potrebbero essere fiumi e laghi, con popolazioni di animali d'acqua dolce in questi crolli dell'81% dal 1970, a seguito di un'enorme estrazione di acqua per fattorie e persone, oltre a inquinamento e dighe.

La perdita di biodiversità potrebbe essere una minaccia per l'umanità più grande del cambiamento climatico?

Sì, niente sulla Terra sta vivendo un cambiamento più drammatico per mano dell'attività umana. I cambiamenti climatici sono reversibili, anche se ciò richiede secoli o millenni. Ma una volta che le specie si estinguono, in particolare quelle sconosciute alla scienza, non si torna indietro.

Al momento, non sappiamo quanta biodiversità il pianeta possa perdere senza provocare un diffuso collasso ecologico. Ma un approccio ha valutato i cosiddetti "confini planetari", soglie nei sistemi terrestri che definiscono uno "spazio operativo sicuro per l'umanità". Dei nove considerati, si stima che siano stati superati solo la perdita di biodiversità e l'inquinamento da azoto, a differenza dei livelli di CO2, dell'acqua dolce utilizzata e delle perdite di ozono.

In peso, il 97% degli animali terrestri vertebrati del mondo sono umani o il loro bestiame - si pensa che solo il 3% sia selvaggio. Illustrazione: Frances Marriott

Cosa si può fare?

Dare alla natura lo spazio e la protezione di cui ha bisogno è l'unica risposta. Le riserve naturali sono la soluzione ovvia e il mondo attualmente protegge il 15% della terra e il 7% degli oceani. Ma alcuni sostengono che metà della superficie terrestre debba essere riservata alla natura.

Tuttavia, la popolazione umana è in aumento e le riserve naturali non funzionano se impediscono alle popolazioni locali di guadagnarsi da vivere. La crisi del bracconaggio di elefanti e rinoceronti in Africa ne è un esempio estremo. Far valere gli animali più vivi che morti è la chiave, ad esempio sostenendo il turismo o risarcindo gli agricoltori per il bestiame ucciso da predatori selvatici.

Ma può portare a scelte difficili. La "caccia al trofeo" per la selvaggina grossa è un anatema per molti.Ma se i germogli sono fatti in modo sostenibile – uccidendo solo vecchi leoni, per esempio – e il denaro raccolto protegge una grande fetta di terra, dovrebbe essere permesso?

Tutti possiamo aiutare. La maggior parte della fauna selvatica viene distrutta dai terreni bonificati per bestiame, soia, olio di palma, legname e cuoio. La maggior parte di noi consuma questi prodotti ogni giorno, poiché l'olio di palma si trova in molti alimenti e articoli da toeletta. Scegliere solo opzioni sostenibili aiuta, così come mangiare meno carne, in particolare manzo, che ha un'impronta ambientale fuori misura.

Un altro approccio è quello di evidenziare il valore della biodiversità stimando il valore finanziario dei servizi ecosistemici forniti come “capitale naturale”. A volte questo può portare a risparmi reali. Negli ultimi 20 anni, New York ha speso 2 miliardi di dollari per proteggere lo spartiacque naturale che fornisce acqua pulita alla città. Ha funzionato così bene che il 90% dell'acqua non ha bisogno di ulteriori filtri: costruire un impianto di trattamento dell'acqua invece sarebbe costato 10 miliardi di dollari.

Individuare il punto di svolta che sposta la perdita di biodiversità nel collasso ecologico è una priorità urgente. La biodiversità è vasta e i fondi per la ricerca sono piccoli, ma accelerare l'analisi potrebbe aiutare, dall'identificazione automatica delle creature mediante l'apprendimento automatico al sequenziamento del DNA in tempo reale.

Esiste persino un'iniziativa che mira a creare un database genetico open source per tutte le piante, gli animali e gli organismi unicellulari del pianeta. Sostiene che creando opportunità commerciali – come algoritmi per auto a guida autonoma ispirati alle formiche amazzoniche – potrebbe fornire l'incentivo per preservare la biodiversità della Terra.

Tuttavia, alcuni ricercatori affermano che lo stato disastroso della biodiversità è già abbastanza chiaro e che l'ingrediente mancante è la volontà politica.

Un trattato globale, la Convenzione sulla diversità biologica (CBD), ha fissato molti obiettivi. Alcuni potrebbero essere raggiunti, ad esempio proteggere il 17% di tutta la terra e il 10% degli oceani entro il 2020. Altri, come rendere sostenibile tutta la pesca entro la stessa data, non lo sono. Le 196 nazioni che sono membri della CBD si riuniranno il prossimo novembre in Egitto.

Nel suo testo del 1985, il professor E O Wilson, ha concluso: "Essendo questo l'unico mondo vivente che probabilmente conosceremo, uniamoci per trarne il massimo". Quella chiamata è più urgente che mai.

Ulteriori letture

La sesta estinzione: una storia innaturale (2014). Elizabeth Kolbert (Bloomsbury)


Perché dovremmo preoccuparci?

Questa è un'attività di estensione facoltativa.

ISTRUZIONI:

  1. Dividete la classe in due squadre. Un gruppo sostiene la conservazione dell'ambiente e l'altro crede che dovremmo usare tutte le risorse della terra come vogliamo.
  2. Entrambi i gruppi devono ricercare preventivamente i propri argomenti e raccogliere i punti pertinenti.
  3. L'insegnante può condurre il dibattito e assicurarsi che proceda in modo ordinato.

Dopo il dibattito, scrivi 3 punti su ogni punto di vista che riesci a ricordare.


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