6. Acqua

(1)

L’acqua

Il motore della natura Il motore della natura

(Leonardo Da Vinci) (Leonardo Da Vinci)

(2)

L’acqua

L’acqua è il composto più abbondante e diffuso sulla Terra ed è anche il

componente inorganico più abbondante degli organismi, rappresentando in

media dal 70 % all’80 % del peso.

Può esistere in tre distinti stati fisici: solido, liquido e gassoso

(3)

L’acqua

E’ nell’acqua che la vita ha avuto origine oltre 3,5 miliardi di anni fa, e nell’acqua si è evoluta per circa un miliardo di anni.

Nessun organismo può rimanere in condizioni

biologicamente attive in assenza di acqua.

Nelle cellule l’acqua partecipa direttamente a molte

reazioni chimiche. Inoltre, la maggior parte delle

reazioni metaboliche avviene in soluzioni acquose e lo svolgersi di processi vitali è affidato alle sue straordinarie proprietà fisico-chimiche.

(4)

L’acqua

• si trova allo stato liquido in

un ampio intervallo di temperature

• possiede elevata capacità

termica

• presenta elevato calore di

vaporizzazione

• quando solidifica, aumenta

di volume

• ha una forte coesione e

(5)

L’acqua

Solo una piccolissima parte dell’acqua presente sul nostro pianeta è disponibile sotto forma di acqua dolce

(6)

L’acqua

(7)

L’acqua

Ai tropici l’evaporazione dagli oceani è quattro volte maggiore che alle latitudini polari. Le precipitazioni pur essendo più abbondanti che altrove, non uguagliano dal punto di vista quantitativo l’acqua persa per evapotraspirazione e pertanto si verifica uno spostamento del vapor acqueo dai tropici verso i poli.

(8)

L’acqua

Esistono forti differenze nelle medie Esistono forti differenze nelle medie annuali delle precipitazioni che

annuali delle precipitazioni che

dividono il mondo in zone che hanno dividono il mondo in zone che hanno sufficiente disponibilità o che hanno sufficiente disponibilità o che hanno problemi di approvvigionamento di problemi di approvvigionamento di acqua.

acqua.

Es. il Canada che ha lo 0.5% della popolazione Es. il Canada che ha lo 0.5% della popolazione mondiale, ha il 20% delle riserve d’acqua dolce; mondiale, ha il 20% delle riserve d’acqua dolce; la Cina, invece, con il 21% della popolazione

la Cina, invece, con il 21% della popolazione mondiale, ha solo il 7% dell’acqua disponibile mondiale, ha solo il 7% dell’acqua disponibile

(9)

L’acqua

La distribuzione delle precipitazioni

sulla superficie terrestre dipende dalla geografia, dall’andamento seguito dagli spostamenti delle grandi masse d’aria e da una serie di fattori, prima fra questi la temperatura e quindi l’energia

(10)

L’acqua

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L’umidità assoluta

Si definisce Si definisce umidità assolutaumidità assoluta il vapor il vapor

d’acqua che può essere contenuto d’acqua che può essere contenuto nell’atmosfera

nell’atmosfera

La capacità dell’aria a trattenere calore La capacità dell’aria a trattenere calore

dipende dalla temperatura: dipende dalla temperatura:

la stessa quantità di vapor d’acqua può la stessa quantità di vapor d’acqua può dare

dare un’umidità relativa un’umidità relativa modesta a modesta a temperature elevate

temperature elevate, mentre può , mentre può corrispondere al

corrispondere al punto di saturazione a punto di saturazione a basse temperature

(12)

L’ umidità assoluta

Temperatura °C -10 0 10 20 30 Vapore g/m3 2,2 4,9 9,4 17,2 30,4

(13)

L’umidità relativa

Si definisce Si definisce umidità relativa umidità relativa la la

percentuale di vapor d’acqua presente percentuale di vapor d’acqua presente nell’aria rispetto a quello che potrebbe nell’aria rispetto a quello che potrebbe essere contenuta al massimo a quelle essere contenuta al massimo a quelle

condizioni di temperatura e di pressione. condizioni di temperatura e di pressione.

(14)

Il deficit di saturazione

Si definisce Si definisce deficit di saturazione deficit di saturazione la la

differenza tra la pressione del vapor differenza tra la pressione del vapor d’acqua presente nell’aria in un dato d’acqua presente nell’aria in un dato

momento e la pressione di vapor d’acqua momento e la pressione di vapor d’acqua massima possibile nelle stesse condizioni massima possibile nelle stesse condizioni di temperatura e di pressione.

(15)

Il deficit di saturazione

Poiché la componete più abbondante degli Poiché la componete più abbondante degli

organismi è l’acqua, il gradiente di umidità organismi è l’acqua, il gradiente di umidità tra organismi viventi e aria è spesso ampio tra organismi viventi e aria è spesso ampio pertanto essi tendono a perdere acqua per pertanto essi tendono a perdere acqua per evaporazione;

evaporazione;

Quanto più bassa è l’umidità relativa (o Quanto più bassa è l’umidità relativa (o

tanto più è elevato il deficit di saturazione) tanto più è elevato il deficit di saturazione) tanto più gli organismi tendono a perdere tanto più gli organismi tendono a perdere acqua per evaporazione.

(16)

L’acqua e gli organismi

In base alla disponibilità di acqua nell’ambiente in cui vivono, gli organismi vegetali ed animali

vengono suddivisi in:

Organismi acquatici o idrofili, che vivono immersi in acqua.

Organismi igrofili, che vivono in ambienti molto umidi, saturi o sovrasaturi di umidità.

Organismi mesofili, con esigenze intermedie nei confronti dell’acqua e che tollerano l’alternarsi di stagioni secche con stagioni umide.

Organismi xerofili, che vivono in ambienti con scarsa o scarsissima disponibilità di acqua.

(17)

L’acqua e gli organismi

BILANCIO IDRICO

(18)

L’acqua e gli organismi

ASSUNZIONE

Nelle piante: dal suolo (mediante le radici),

dall’ambiente esterno mediante tutta la

superficie per gli organismi completamente immersi o muschi e licheni

Negli animali: per ingestione diretta o

mediante il cibo, per assorbimento mediante il tegumento

(19)

L’acqua e gli organismi

PERDITE

Nelle piante: per evapotraspirazione

Negli animali: per traspirazione,

evaporazione attraverso il tegumento, durante la respirazione, con le

(20)

Organismi idrofili

(21)

Organismi idrofili

Zoostera marina Fanerogama marina Eterofillia in Ranunculus peltatus

(22)

Organismi idrofili

Idromorfismo

L’affusolato barracuda (o luccio) del Mediterraneo è un vorace predatore

che può superare il metro di lunghezza.

Le forme più

idrodinamiche sono in genere una prerogativa dei grandi nuotatori.

(23)

Organismi idrofili

Potamogeton natans Ranunculus sp.

(24)

Organismi idrofili

Sezione trasversale della foglia equifacciale della pianta acquatica

sommersa Zanichellia

palustris, con grandi spazi

intercellulari.

Sezione trasversale del fusto della idrofita Ceratophyllum

demersum, in cui sono visibili

i passaggi aeriferi e il ridotto sistema vascolare.

(25)

Organismi idrofili

Il ragno Argironeta aquatica preleva alla superficie bollicine d’aria che accumula in una tela subacquea.

(26)

Organismi idrofili

La vescica natatoria, nei pesci che possono compiere notevoli spostamenti verticali nel corpo idrico, è un organo che consente di variare il peso specifico in funzione della profondità.

Bolle gassose in Cianoficee e Protozoi Rizopodi, vesciche piene di gas in alghe marine dei generi Fucus,

Sargassum, ecc., e capsule

gelatinose nelle Diatomee

consentono agli organismi di fluttuare o di spostarsi

(27)

Organismi igrofili

Felci epifite nella foresta pluviale

(28)

Organismi xerofili

Piante che eludono il disseccamento: piante xerofite effimere. Piante xerofite effimere (annuali) deserticole in

fioritura dopo un inverno in cui la precipitazione piovosa è stata

sufficiente per stimolare una notevole germinazione dei semi che ha condotto a una rigogliosa fioritura primaverile.

(29)

Organismi xerofili

(30)

Organismi xerofili

(31)

Organismi xerofili

In alcune zone molto aride, le foglie delle piante erbacee possono accartocciarsi e formare un tubo per trattenere l’umidità

(32)

Organismi xerofili

Adattamenti anatomici delle foglie di piante di luoghi

estremamente aridi e caldi. a: strato di ispessimento cutinizzato della parete epidermica esterna;

i: strato interno, non cutinizzato.

(33)

Organismi xerofili

Riduzione della superficie traspirante

Nei periodi critici con caduta delle foglie o arrotolamento dei margini

L'ocotilla (Fouquieria

splendens), un esempio

di arbusto xerofito aridocaducifoglio che vive nei deserti del sudovest americano e nel Messico.

(34)

Organismi xerofili

(35)

Organismi xerofili

nanismo, foglie ridotte a squame, foglie

(36)

Organismi xerofili

Succulenza

(37)

Organismi xerofili

(38)

Organismi xerofili

Succulenza a livello del fusto

(39)

Organismi alofili

Salicornia europea, una

alofita succulenta delle coste marine

Si difendono:

- concentrando NaCl nei succhi

cellulari

- succulenza (es. Salicornia) per

aridità fisiologica

-ghiandole escretrici di sale

(40)

Organismi alofili

Ghiandole

specializzate nelle

foglie della mangrovia

Conocarpus erecta.

Queste eliminano i sali, che precipitano sulle loro superfici esterne.

(41)

Organismi xerofili

(42)

L’acqua e gli animali

Approvvigionamento di acqua

- Assorbimento per via digestiva (nelle specie che bevono) - Utilizzazione dell’acqua degli alimenti (animali del deserto)

- Assorbimento attraverso il tegumento negli anfibi e attraverso

la cuticola negli insetti e negli acari (assorbimento di vapor acqueo)

- Utilizzazione dell’acqua metabolica (ossidazione dei grassi nei

dromedari, roditori e insetti) Perdite di acqua Traspirazione Evaporazione Respirazione Escrezione urinaria Deiezioni

(43)

L’acqua e gli animali

La riduzione delle perdite di acqua si attua La riduzione delle perdite di acqua si attua

attraverso strategie morfologiche e attraverso strategie morfologiche e fisiologiche:

fisiologiche:

•• Impermeabilizzazione del tegumento Impermeabilizzazione del tegumento

(mammiferi, uccelli, rettili, insetti) (mammiferi, uccelli, rettili, insetti)

•• Presenza di organi respiratori interni (trachee Presenza di organi respiratori interni (trachee

degli insetti, polmoni dei vertebrati terrestri) degli insetti, polmoni dei vertebrati terrestri)

•• Riduzione dell’escrezione di acqua (urina Riduzione dell’escrezione di acqua (urina

concentrata, feci solide, riduzione delle concentrata, feci solide, riduzione delle ghiandole sudoripare )

(44)

L’acqua e gli animali

Conservazione

dell’acqua nelle vie respiratorie del ratto canguro ed è in grado di compensare tutta l’acqua perduta

giornalmente

attraverso la pelle e l’urina con la sintesi di acqua metabolica.

(45)

L’acqua e la fotosintesi

(46)

L’acqua e la fotosintesi

(47)

L’acqua e la fotosintesi

Schema delle relazioni tra fotosintesi (linea continua) e fotorespirazione (linea tratteggiata).

(48)

L’acqua e la fotosintesi

(49)

L’acqua e la fotosintesi

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L’acqua e la fotosintesi

(51)

L’acqua e la fotosintesi

(52)

L’acqua e la fotosintesi

La via C₄ conferisce un vantaggio in condizioni di elevata irradianza ed elevata temperatura ed è

caratterizzata da un’elevata efficienza nell’uso dell’acqua. Le piante C₄ non hanno però soppiantato le C₃a causa degli elevati costi energetici associati al ciclo C₄,

all’elevato punto di

compensazione per la luce e dell’inefficienza in condizioni d’ombra.

(53)

L’acqua e la fotosintesi

Confronto della risposta fotosintetica di piante C₃ e C₄ all’incremento dell’intensità luminosa e della temperatura.

(54)

L’acqua e la fotosintesi

(55)

L’acqua e la fotosintesi

Le piante CAM e C₄ attuano in modo diverso la separazione tra due gruppi di reazioni

(56)

L’acqua e la fotosintesi

Le piante CAM (metabolismo acido delle crassulacee)

aprono gli stomi durante la notte, assorbono anidride carbonica e la fissano sotto forma di acido malico.

(57)

L’acqua e la fotosintesi

(58)

L’acqua e la fotosintesi

(59)

Confronto delle caratteristiche della fotosintesi nelle piante C₃e CAM

_________________________________________________________________

Variabile Piante C3 Piante CAM

__________________________________________________________________________________________________

Fotorespirazione Rilevante difficile da rilevare

Ciclo di Calvin-Benson? Sì Sì

Accettore primario del CO₂ RuBP PEP

Enzima che fissa il CO₂ Rubisco PEP carbossilasi (RuBP carbossilasi/ ossigenasi)

1° prodotto di fissazione 3PG Ossalacetato

della CO₂ composto a 3C composto a 4C

Affinità della carbossilasi Moderata Elevata per il CO₂

Anatomia della foglia: Mesofillo di solito mancano le cellule

cellule fotosintetiche a palizzata. Grandi vacuoli

nelle cellule del mesofillo.

Tipi di cloroplasti Uno Uno

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