SCIENZE DA SCOPRIRE VOLUME 1

2 I fattori abiotici e gli organismi Gli ambienti naturali possono essere molto diversi tra loro. Ad esempio, le condizioni fisiche, di temperatura, acqua e luce presenti nel deserto permettono la vita a poche specie vegetali e animali; nel bosco di una regione temperata, invece, le condizioni fisiche sono tali da permettere la vita a un gran numero di specie. In che modo i fattori abiotici influenzano gli organismi?Per rispondere alla domanda puoi analizzare i dati ottenuti dalla misurazione delle caratteristiche fisiche di un giardino pubblico. Con lo strumento che vedi nella fotografia 4 si sono misurate la quantità di acqua (umidità), l’intensità della luce e la temperatura alla stessa ora dello stesso giorno in diversi ambienti del giardino; i risultati delle misurazioni e gli avvistamenti di esseri viventi sono stati riportati nella tabella che segue. Come vedi, all’interno del giardino sono stati individuati diversi tipi di ambiente, ognuno con le sue caratteristiche fisiche. Le specie di organismi che vi vivono sono diverse perché hanno diverse esigenze di vita: la lucertola, la cimice rossa ( 5 ) e i licheni sono adatti ad ambienti secchi, luminosi e caldi, mentre l’edera, il muschio, i funghi e la lumaca sono adatti ad ambienti umidi, poco luminosi e freschi; millepiedi, formiche e porcellini di terra preferiscono ambienti oscuri mentre cavallette, margherite e tarassachi necessitano di condizioni intermedie di umidità e di luce. Ogni ambiente ospita dunque solo gli organismi adatti a sopravvivere a determinati fattori abiotici. Poiché questi fattori variano nel corso dell’anno e anche nel corso del giorno, si verificano continuamente cambiamenti nel numero e nel tipo di specie che popolano l’ambiente. 4 Apparecchio per misurare le caratteristiche fisiche di un luogo. Analizza Quali ambienti si sono identificati nel giardino pubblico? Gli esseri viventi hanno tutti le stesse esigenze di vita? 2.1 L’acqua L’acqua è indispensabile per tutti gli organismi, sia per quelli acquatici sia per quelli terrestri; le reazioni chimiche che permettono la vita avvengono infatti tutte in presenza di acqua. Le esigenze di acqua variano da specie a specie. Qual è il rapporto tra organismi e acqua? Nella fotografia puoi osservare quattro diversi ambienti, ognuno contraddistinto da una diversa presenza di acqua che diminuisce a mano a mano che ci si allontana dallo stagno. È possibile suddividere gli organismi in: - idrofili: vivono completamente immersi nell’acqua (alghe, ninfee, pesci, molluschi, crostacei) ( a ); - igrofili: vivono in ambienti molto umidi (salici, rane, lombrichi, chiocciole) ( b ); - mesofili: vivono in ambienti in cui si alternano periodi di umidità e di siccità (piante erbacee e ad alto fusto come aceri, faggi, querce, e la maggior parte delle specie animali) ( c ); - xerofili: vivono in ambienti aridi (conifere, licheni, rettili, insetti, roditori) ( d ). Sia dove l’acqua è abbondante sia dove scarseggia vegetali e animali mostrano adattamenti particolari che permettono loro la sopravvivenza. Quali sono gli adattamenti degli organismi nei confronti dell’acqua? Negli ambienti acquatici o molto umidi gli organismi hanno il “problema” di dover eliminare l’acqua in eccesso: - le piante idrofile, come la ninfea, e le igrofile hanno foglie con superficie ampia e stomi grandi per favorire la traspirazione; - gli animali idrofili, come la trota, eliminano l’acqua in eccesso attraverso l’escrezione. Negli ambienti aridi, invece, gli organismi devono riuscire a sopravvivere con pochissima acqua e devono perciò evitarne la dispersione: - le piante xerofile, sia quelle dei deserti sia quelle di alta montagna, hanno foglie di dimensioni ridotte trasformate in aghi o spine e stomi piccoli e infossati per limitare la traspirazione. Alcune specie, come la stella alpina ( 6 ), hanno foglie ricoperte da una peluria sottile che serve per ostacolare la perdita d’acqua. Nelle piante del deserto, come il cactus, il fusto è verde perché svolge la fotosintesi e carnoso perché contiene una riserva d’acqua; - gli animali xerofili hanno corpo ricoperto da squame o robusti esoscheletri. Cammelli e dromedari conservano l’acqua limitando la traspirazione e l’emissione di urina. Analizza Come cambia la disponibilità di acqua nei quattro ambienti? Quali organismi vi abitano? HAI CAPITO CHE... Ogni ambiente possiede particolari caratteristiche fisiche (fattori abiotici) che influenzano il numero e il tipo di specie di cui è popolato. L’acqua è indispensabile per tutti gli organismi viventi. In base all’ambiente in cui vivono, gli organismi possono essere suddivisi in idrofili, igrofili, mesofili e xerofili. 2.2 La temperatura e la luminosità La temperatura e la luminosità sono fattori molto importanti per la distribuzione di vegetali e animali sulla Terra. La temperatura di un luogo dipende dalla latitudine e dall’altitudine. Perché salire su di una montagna equivale a fare un viaggio dall’Equatore verso i Poli?Osserva il grafico che rappresenta il variare della temperatura e della vegetazione al variare dell’altitudine ( 7 ): la montagna rappresentata la devi immaginare posta nella zona tropicale della Terra. La temperatura diminuisce con l’aumentare dell’altitudine: più precisamente, si può dire che diminuisce di circa un grado centigrado ogni 200 metri di aumento di altitudine. La vegetazione cambia gradualmente dal livello del mare alla cima del monte, dove esiste una zona caratterizzata dalle nevi perenni quasi priva di forme di vita vegetale. Ora osserva la cartina in cui sono rappresentati i principali biomi terrestri ( 8 ), cioè le zone in cui la Terra è stata suddivisa in base al clima e al tipo di vegetazione dominante. Spostandosi dall’Equatore ai Poli, la temperatura e la vegetazione cambiano con la latitudine nello stesso modo in cui cambiano salendo in altitudine; si incontrano la foresta tropicale, la foresta di latifoglie, la foresta di conifere, la tundra e infine la zona dei ghiacci, in cui la vegetazione è quasi assente. Analizza Come cambiano temperatura e vegetazione con l’altitudine? E con la latitudine? Che cosa puoi concludere? HAI CAPITO CHE... Latitudine e longitudine Coordinate geografiche che permettono di determinare la posizione di qualsiasi punto sulla superficie terrestre. Latitude and longitude Geographic coordinates that locate points on the Earth’s surface. Quali adattamenti alla temperatura mostrano gli organismi? Ogni specie animale e vegetale è adatta a vivere solo entro un certo intervallo di temperatura. Negli animali l’adattamento riguarda la struttura corporea, in particolare il tipo di rivestimento e le dimensioni di alcune parti: gli animali dei climi freddi hanno una struttura più massiccia e una pelliccia più folta e lunga rispetto a quelli dei climi caldi. Anche organismi che appartengono alla stessa famiglia, ma che vivono in ambienti diversi, presentano adattamenti tipici: la volpe polare ( 9 ) ha orecchie, arti e coda più piccoli rispetto alla volpe del deserto (10 ), perché deve impedire l’eccessiva dispersione di calore corporeo a causa delle basse temperature. Nei vegetali, le specie di montagna o dei climi freddi spesso hanno dimensioni ridotte rispetto a quelle che le stesse piante hanno ad altitudini minori o in climi più miti. Lo puoi notare osservando le due specie di betulla illustrate: la betulla ( 11 ) vive nelle zone temperate dell’emisfero nord ed è un albero; la specie nana ( 12 ) è invece un arbusto che vive nelle zone artiche dell’Europa settentrionale. La temperatura e la luminosità in uno stesso ambiente possono cambiare anche a seconda dell’esposizione ai raggi solari, delle ore del giorno e delle stagioni. Quali adattamenti stagionali alla temperatura hanno gli animali? Alcuni animali si adattano ai cambiamenti stagionali di temperatura attraverso comportamenti particolari. Nella tabella puoi leggere come varia la vita di una marmotta nel corso di un anno. Come puoi intuire dalla tabella alla pagina precedente, la marmotta ha risolto il problema della sopravvivenza alle rigide temperature invernali andando in letargo. Il letargo è uno stato di vita sospeso: le funzioni vitali vengono ridotte al minimo in modo da consumare la minore quantità di energia possibile, la temperatura del corpo diminuisce, scendono anche la frequenza respiratoria e quella cardiaca; l’animale non mangia e sopravvive grazie alle riserve di grasso accumulate nei mesi più caldi. Nelle tane, scavate sottoterra ( 13 ), la temperatura si mantiene costante ed è maggiore rispetto alla temperatura esterna. Negli anfibi e nei rettili il fenomeno del rallentamento delle funzioni vitali è detto ibernazione se si manifesta d’inverno, estivazione se si manifesta d’estate con temperature elevate e bassa umidità. Un altro adattamento comportamentale alla temperatura è la migrazione, diffusa soprattutto fra gli uccelli, che percorrono anche migliaia di chilometri per raggiungere luoghi con temperature più adatte alla loro vita. Analizza Che cosa accade da ottobre ad aprile? Perché? 13 L’interno della tana di alcune marmotte in inverno, durante il letargo. La galleria può variare dai 3 ai 10 metri di profondità. Quali necessità di luce hanno i viventi? Quali adattamenti mostrano? I vegetali non possono fare a meno della luce. Ogni specie ha precise esigenze: le piante che hanno bisogno di molta luce, eliofile, come i tarassachi ( 14 ), crescono nei prati, ai bordi del bosco o comunque dove l’esposizione ai raggi solari è buona; le piante che vivono bene anche all’ombra, ombrofile, come le felci ( 15 ), crescono nel sottobosco, sotto le rocce e sui versanti poco soleggiati dei rilievi. Anche la fioritura è condizionata dalla luce: molte piante fioriscono in primavera, quando ci sono almeno dodici ore di luce al giorno; altre fioriscono in inverno, quando le ore di luce in un giorno sono meno di otto. Gli animali sono condizionati dalla luce in modo meno evidente rispetto alle piante. Alcuni hanno abitudini di vita diurne, altri notturne. Alcune specie si sono perfettamente adattate alla vita al buio, nel suolo, come la talpa ( 16 ) e le larve di molti insetti, o nelle grotte, come il proteo ( 17 ) e il pipistrello. Il periodo di luce influenza anche la crescita di alcuni animali, il colore del loro mantello o del piumaggio e addirittura la riproduzione: alcuni, come i ruminanti, si riproducono in autunno, quando le ore di luce della giornata diminuiscono; molte specie di roditori e di uccelli si riproducono invece in primavera, quando le ore di luce aumentano. HAI CAPITO CHE... Animali e vegetali presentano adattamenti di struttura corporea, dimensioni, comportamenti e abitudini di vita in base ai fattori abiotici caratteristici dell’ambiente in cui vivono. >> VERSO LE COMPETENZEDiurni o notturni?Osserva la tabella che raccoglie il numero di animali avvistati in un giardino in un giorno di settembre.Quali hanno abitudini notturne? Quali diurne?Abitudini notturne:Abitudini diurne:In una valle di montagnaNella fotografia è rappresentata una valle di montagna, la Val di Cembra, in Trentino: le zone a e b sono esposte diversamente alla luce del sole.a. Quali tipi di piante vivono nella zona a ?b. E nella zona b ?c. Fai un’ipotesi per spiegare la diversa distribuzione dei vegetali.Giardinieri per un giorno...Un giardiniere deve realizzare un giardino all’interno di uno spazio verde circondato da un muretto ricoperto di edera. Ha a disposizione la mappa dello spazio e un certo numero di piante.Copia la mappa sul tuo quaderno e distribuisci i vegetali a seconda dell’ambiente a cui sono adatti, usando per ogni vegetale la lettera iniziale e scrivendola al posto giusto nella mappa.
2 I fattori abiotici e gli organismi Gli ambienti naturali possono essere molto diversi tra loro. Ad esempio, le condizioni fisiche, di temperatura, acqua e luce presenti nel deserto permettono la vita a poche specie vegetali e animali; nel bosco di una regione temperata, invece, le condizioni fisiche sono tali da permettere la vita a un gran numero di specie. In che modo i fattori abiotici influenzano gli organismi?Per rispondere alla domanda puoi analizzare i dati ottenuti dalla misurazione delle caratteristiche fisiche di un giardino pubblico. Con lo strumento che vedi nella fotografia 4 si sono misurate la quantità di acqua (umidità), l’intensità della luce e la temperatura alla stessa ora dello stesso giorno in diversi ambienti del giardino; i risultati delle misurazioni e gli avvistamenti di esseri viventi sono stati riportati nella tabella che segue. Come vedi, all’interno del giardino sono stati individuati diversi tipi di ambiente, ognuno con le sue caratteristiche fisiche. Le specie di organismi che vi vivono sono diverse perché hanno diverse esigenze di vita: la lucertola, la cimice rossa ( 5 ) e i licheni sono adatti ad ambienti secchi, luminosi e caldi, mentre l’edera, il muschio, i funghi e la lumaca sono adatti ad ambienti umidi, poco luminosi e freschi; millepiedi, formiche e porcellini di terra preferiscono ambienti oscuri mentre cavallette, margherite e tarassachi necessitano di condizioni intermedie di umidità e di luce. Ogni ambiente ospita dunque solo gli organismi adatti a sopravvivere a determinati fattori abiotici. Poiché questi fattori variano nel corso dell’anno e anche nel corso del giorno, si verificano continuamente cambiamenti nel numero e nel tipo di specie che popolano l’ambiente. 4 Apparecchio per misurare le caratteristiche fisiche di un luogo. Analizza Quali ambienti si sono identificati nel giardino pubblico? Gli esseri viventi hanno tutti le stesse esigenze di vita? 2.1 L’acqua L’acqua è indispensabile per tutti gli organismi, sia per quelli acquatici sia per quelli terrestri; le reazioni chimiche che permettono la vita avvengono infatti tutte in presenza di acqua. Le esigenze di acqua variano da specie a specie. Qual è il rapporto tra organismi e acqua? Nella fotografia puoi osservare quattro diversi ambienti, ognuno contraddistinto da una diversa presenza di acqua che diminuisce a mano a mano che ci si allontana dallo stagno. È possibile suddividere gli organismi in: - idrofili: vivono completamente immersi nell’acqua (alghe, ninfee, pesci, molluschi, crostacei) ( a ); - igrofili: vivono in ambienti molto umidi (salici, rane, lombrichi, chiocciole) ( b ); - mesofili: vivono in ambienti in cui si alternano periodi di umidità e di siccità (piante erbacee e ad alto fusto come aceri, faggi, querce, e la maggior parte delle specie animali) ( c ); - xerofili: vivono in ambienti aridi (conifere, licheni, rettili, insetti, roditori) ( d ). Sia dove l’acqua è abbondante sia dove scarseggia vegetali e animali mostrano adattamenti particolari che permettono loro la sopravvivenza. Quali sono gli adattamenti degli organismi nei confronti dell’acqua? Negli ambienti acquatici o molto umidi gli organismi hanno il “problema” di dover eliminare l’acqua in eccesso: - le piante idrofile, come la ninfea, e le igrofile hanno foglie con superficie ampia e stomi grandi per favorire la traspirazione; - gli animali idrofili, come la trota, eliminano l’acqua in eccesso attraverso l’escrezione. Negli ambienti aridi, invece, gli organismi devono riuscire a sopravvivere con pochissima acqua e devono perciò evitarne la dispersione: - le piante xerofile, sia quelle dei deserti sia quelle di alta montagna, hanno foglie di dimensioni ridotte trasformate in aghi o spine e stomi piccoli e infossati per limitare la traspirazione. Alcune specie, come la stella alpina ( 6 ), hanno foglie ricoperte da una peluria sottile che serve per ostacolare la perdita d’acqua. Nelle piante del deserto, come il cactus, il fusto è verde perché svolge la fotosintesi e carnoso perché contiene una riserva d’acqua; - gli animali xerofili hanno corpo ricoperto da squame o robusti esoscheletri. Cammelli e dromedari conservano l’acqua limitando la traspirazione e l’emissione di urina. Analizza Come cambia la disponibilità di acqua nei quattro ambienti? Quali organismi vi abitano? HAI CAPITO CHE... Ogni ambiente possiede particolari caratteristiche fisiche (fattori abiotici) che influenzano il numero e il tipo di specie di cui è popolato. L’acqua è indispensabile per tutti gli organismi viventi. In base all’ambiente in cui vivono, gli organismi possono essere suddivisi in idrofili, igrofili, mesofili e xerofili. 2.2 La temperatura e la luminosità La temperatura e la luminosità sono fattori molto importanti per la distribuzione di vegetali e animali sulla Terra. La temperatura di un luogo dipende dalla latitudine e dall’altitudine. Perché salire su di una montagna equivale a fare un viaggio dall’Equatore verso i Poli?Osserva il grafico che rappresenta il variare della temperatura e della vegetazione al variare dell’altitudine ( 7 ): la montagna rappresentata la devi immaginare posta nella zona tropicale della Terra. La temperatura diminuisce con l’aumentare dell’altitudine: più precisamente, si può dire che diminuisce di circa un grado centigrado ogni 200 metri di aumento di altitudine. La vegetazione cambia gradualmente dal livello del mare alla cima del monte, dove esiste una zona caratterizzata dalle nevi perenni quasi priva di forme di vita vegetale. Ora osserva la cartina in cui sono rappresentati i principali biomi terrestri ( 8 ), cioè le zone in cui la Terra è stata suddivisa in base al clima e al tipo di vegetazione dominante. Spostandosi dall’Equatore ai Poli, la temperatura e la vegetazione cambiano con la latitudine nello stesso modo in cui cambiano salendo in altitudine; si incontrano la foresta tropicale, la foresta di latifoglie, la foresta di conifere, la tundra e infine la zona dei ghiacci, in cui la vegetazione è quasi assente. Analizza Come cambiano temperatura e vegetazione con l’altitudine? E con la latitudine? Che cosa puoi concludere? HAI CAPITO CHE... Latitudine e longitudine Coordinate geografiche che permettono di determinare la posizione di qualsiasi punto sulla superficie terrestre. Latitude and longitude Geographic coordinates that locate points on the Earth’s surface. Quali adattamenti alla temperatura mostrano gli organismi? Ogni specie animale e vegetale è adatta a vivere solo entro un certo intervallo di temperatura. Negli animali l’adattamento riguarda la struttura corporea, in particolare il tipo di rivestimento e le dimensioni di alcune parti: gli animali dei climi freddi hanno una struttura più massiccia e una pelliccia più folta e lunga rispetto a quelli dei climi caldi. Anche organismi che appartengono alla stessa famiglia, ma che vivono in ambienti diversi, presentano adattamenti tipici: la volpe polare ( 9 ) ha orecchie, arti e coda più piccoli rispetto alla volpe del deserto (10 ), perché deve impedire l’eccessiva dispersione di calore corporeo a causa delle basse temperature. Nei vegetali, le specie di montagna o dei climi freddi spesso hanno dimensioni ridotte rispetto a quelle che le stesse piante hanno ad altitudini minori o in climi più miti. Lo puoi notare osservando le due specie di betulla illustrate: la betulla ( 11 ) vive nelle zone temperate dell’emisfero nord ed è un albero; la specie nana ( 12 ) è invece un arbusto che vive nelle zone artiche dell’Europa settentrionale. La temperatura e la luminosità in uno stesso ambiente possono cambiare anche a seconda dell’esposizione ai raggi solari, delle ore del giorno e delle stagioni. Quali adattamenti stagionali alla temperatura hanno gli animali? Alcuni animali si adattano ai cambiamenti stagionali di temperatura attraverso comportamenti particolari. Nella tabella puoi leggere come varia la vita di una marmotta nel corso di un anno. Come puoi intuire dalla tabella alla pagina precedente, la marmotta ha risolto il problema della sopravvivenza alle rigide temperature invernali andando in letargo. Il letargo è uno stato di vita sospeso: le funzioni vitali vengono ridotte al minimo in modo da consumare la minore quantità di energia possibile, la temperatura del corpo diminuisce, scendono anche la frequenza respiratoria e quella cardiaca; l’animale non mangia e sopravvive grazie alle riserve di grasso accumulate nei mesi più caldi. Nelle tane, scavate sottoterra ( 13 ), la temperatura si mantiene costante ed è maggiore rispetto alla temperatura esterna. Negli anfibi e nei rettili il fenomeno del rallentamento delle funzioni vitali è detto ibernazione se si manifesta d’inverno, estivazione se si manifesta d’estate con temperature elevate e bassa umidità. Un altro adattamento comportamentale alla temperatura è la migrazione, diffusa soprattutto fra gli uccelli, che percorrono anche migliaia di chilometri per raggiungere luoghi con temperature più adatte alla loro vita. Analizza Che cosa accade da ottobre ad aprile? Perché? 13 L’interno della tana di alcune marmotte in inverno, durante il letargo. La galleria può variare dai 3 ai 10 metri di profondità. Quali necessità di luce hanno i viventi? Quali adattamenti mostrano? I vegetali non possono fare a meno della luce. Ogni specie ha precise esigenze: le piante che hanno bisogno di molta luce, eliofile, come i tarassachi ( 14 ), crescono nei prati, ai bordi del bosco o comunque dove l’esposizione ai raggi solari è buona; le piante che vivono bene anche all’ombra, ombrofile, come le felci ( 15 ), crescono nel sottobosco, sotto le rocce e sui versanti poco soleggiati dei rilievi. Anche la fioritura è condizionata dalla luce: molte piante fioriscono in primavera, quando ci sono almeno dodici ore di luce al giorno; altre fioriscono in inverno, quando le ore di luce in un giorno sono meno di otto. Gli animali sono condizionati dalla luce in modo meno evidente rispetto alle piante. Alcuni hanno abitudini di vita diurne, altri notturne. Alcune specie si sono perfettamente adattate alla vita al buio, nel suolo, come la talpa ( 16 ) e le larve di molti insetti, o nelle grotte, come il proteo ( 17 ) e il pipistrello. Il periodo di luce influenza anche la crescita di alcuni animali, il colore del loro mantello o del piumaggio e addirittura la riproduzione: alcuni, come i ruminanti, si riproducono in autunno, quando le ore di luce della giornata diminuiscono; molte specie di roditori e di uccelli si riproducono invece in primavera, quando le ore di luce aumentano. HAI CAPITO CHE... Animali e vegetali presentano adattamenti di struttura corporea, dimensioni, comportamenti e abitudini di vita in base ai fattori abiotici caratteristici dell’ambiente in cui vivono. >> VERSO LE COMPETENZEDiurni o notturni?Osserva la tabella che raccoglie il numero di animali avvistati in un giardino in un giorno di settembre.Quali hanno abitudini notturne? Quali diurne?Abitudini notturne:Abitudini diurne:In una valle di montagnaNella fotografia è rappresentata una valle di montagna, la Val di Cembra, in Trentino: le zone a e b sono esposte diversamente alla luce del sole.a. Quali tipi di piante vivono nella zona a ?b. E nella zona b ?c. Fai un’ipotesi per spiegare la diversa distribuzione dei vegetali.Giardinieri per un giorno...Un giardiniere deve realizzare un giardino all’interno di uno spazio verde circondato da un muretto ricoperto di edera. Ha a disposizione la mappa dello spazio e un certo numero di piante.Copia la mappa sul tuo quaderno e distribuisci i vegetali a seconda dell’ambiente a cui sono adatti, usando per ogni vegetale la lettera iniziale e scrivendola al posto giusto nella mappa.