Appunti di Getione e tutela della biodiversità

La biologia della conservazione

Perché la conservazione?

Ci sono dei problemi legati alle risorse naturali che sono in riduzione.

• Crescita della popolazione mondiale: aumento del consumo delle risorse naturali (legna da ardere, carbone, petrolio, legname, pesce, selvaggina, territorio, habitat ecc.)
• Tasso di consumo delle risorse e grado di sviluppo e industrializzazione di un paese. I paesi in via di sviluppo sono quelli che hanno una minor attenzione verso l’ambiente.
• Estinzione di specie e di comunità biologiche.
• Ricadute negative sull’uomo

Attualmente la popolazione mondiale conta circa 8 miliardi di persone. Si stima che raggiungerà i 10 miliardi entro il 2050. Le aree in cui si vede maggiormente l’impronta dell’uomo sono: Europa, India e Cina. Dal 1993 al 2009 ci sono stati però miglioramenti soprattutto nell’Europa centrale e meridionale dove la sensibilità verso l’ambiente è più forte.

Scopi della biologia della conservazione

È una disciplina scientifica multidisciplinare nata per contrastare la perdita di specie ed ecosistemi. Principali obiettivi:

• Documentare e conoscere tutta la diversità biologica degli organismi viventi;
• Studiare l’impatto dell’uomo sulle specie, sulla variabilità genetica e sugli ecosistemi;
• Sviluppare approcci metodologici e tecniche per prevenire l’estinzione di specie, mantenere la variabilità genetica intraspecifica e proteggere ed eventualmente ripristinare le comunità biologiche con le loro annesse funzioni ecosistemiche.

È nata alla fine degli anni '80 per sopperire all’inadeguatezza delle discipline tradizionali applicate alla gestione delle risorse (agronomia, scienze forestali, biologia della fauna selvatica e della pesca).

La biologia della conservazione integra la biologia applicata e teoretica: nucleo teorico della biologia della conservazione: biologia delle popolazioni, tassonomia, ecologia, genetica. A queste si uniscono scienze applicate quali: scienze forestali, gestione della fauna selvatica.

La biologia della conservazione incorpora idee provenienti da altre discipline quali:

• Diritto ambientale
• Politiche ambientali
• Etica ambientale
• Economia ambientale
• Ecologia degli ecosistemi
• Climatologia
• Scienze sociali: antropologia, sociologia, demografia, geografia, educazione ambientale.

Origini della biologia della conservazione

• Filosofie e religioni: rapporto uomo-natura
• XIX secolo: movimenti filosofici e artistici, nascita dei primi Parchi Naturali negli Stati Uniti. In Europa: movimento conservazionistico in Gran Bretagna che fece sorgere numerose associazioni (Commons, Open Space and Foothpath Preservation Society nel 1865, National Trust for Places of Historic Interest of Natural Beauty nel 1895, Royal Society for the Protection of Birds nel 1899)
• XX secolo: nascita negli Stati Uniti dei movimenti ambientalisti (1962: Rachel Carson «Silent Spring»), Ipotesi Gaia, Deep Ecology. Nascita di concetti importanti quali: Risorse naturali, Gestione degli ecosistemi e Sviluppo sostenibile (Gifford Pinchot). In Europa: nascita del primo Parco Nazionale in Svezia (1909); in Gran Bretagna emanazioni delle prime leggi per la protezione dell’ambiente (National Parks and Access to the Countryside Act nel 1949 e Wildlife and Countryside Act nel 1981), Fondazione del WWF (1961)
• 1992: Earth Summit a Rio de Janeiro in cui venne sottoscritta da 178 paesi la Convention on Biological Diversity (CBD). In Europa viene emanata la Direttiva Habitat.

Principi etici su cui si basa la biologia della conservazione

• La diversità di specie e di comunità biologiche (biocenosi) deve essere preservata
• La prematura estinzione delle specie e delle popolazioni deve essere evitata e prevenuta.
• La complessità dei sistemi ecologici deve essere mantenuta
• L’evoluzione deve continuare con processi naturali
• La biodiversità ha un valore intrinseco, deve essere conservato anche se non è direttamente importante per l’uomo

Definizioni di biodiversità

Definizione della CBD (Convention on Biological Diversity, United Nations,1992) "diversità biologica": la variabilità tra gli organismi viventi provenienti da tutte le fonti, compresi, tra l'altro, gli ecosistemi terrestri, marini e altri ecosistemi acquatici e i complessi ecologici di cui fanno parte; ciò include la diversità all'interno delle specie, tra le specie e degli ecosistemi.

La biodiversità è la diversità della vita: la varietà delle forme viventi. «La biodiversità è la ricchezza della vita sulla Terra, i milioni di piante, animali, microrganismi, i geni che essi contengono, i complessi ecosistemi che essi costruiscono nella biosfera» (World Wildlife Fund, 1989).

Tre livelli di analisi:

• Specie: molteplicità delle specie viventi nel pianeta e comprende piante, animali, funghi, protisti, batteri, archea e virus.
• Geni: la variabilità genetica intraspecifica sia tra popolazioni geograficamente separate, sia tra individui appartenenti alla stessa popolazione.
• Comunità/ecosistemi: differenze tra comunità di specie e tra ecosistemi che le comunità costituiscono oltre alle relazioni che si istaurano tra le specie e le comunità e tra fattori biotici e abiotici all’interno di ogni ecosistema.

Tutti i livelli in cui la biodiversità si esprime sono importanti per l’uomo in quanto:

• La variabilità di specie è fonte di risorse alternative (cibo, materie prime, principi attivi per farmaci ecc.)
• La variabilità genetica rappresenta il patrimonio a cui l’uomo può ricorrere per selezionare nuove razze, varietà, resistenza a malattie ecc.
• La variabilità a livello di comunità e ecosistema fornisce benefici (qualità delle acque, controllo delle piene, difesa dall’erosione, purificazione dell’aria ecc.)

Diversità a livello di specie

Comprende tutta la gamma di specie viventi sulla Terra. È fondamentale conoscere questo patrimonio per poterlo conservare e gestire in maniera adeguata.

Concetto di specie:

• Morfologico: insieme di individui tra loro simili ma distinguibili da altri per caratteristiche morfologiche, fisiologiche, biochimiche, genetiche (sequenze geniche, marcatori molecolari).
• Biologico: popolazione i cui membri, in condizioni naturali, sono liberamente interfecondi. Ernst Mayr, 1942: una specie è un gruppo di individui realmente o potenzialmente interfecondi (in grado di riprodursi tra loro e dare origine a prole fertile) riproduttivamente isolato da altri gruppi.

Problemi:

• Razze e varietà con marcate differenze morfologiche
• Ibridi sterili e ibridi fertili (inquinamento genetico, esempi: lupo, gatto selvatico, specie ittiche di acqua dolce, ibridazioni interspecifiche e tra piante alloctone e autoctone)

Diversità genetica intraspecifica

Si esprime a livello di popolazioni. Popolazione = insieme di individui appartenenti alla medesima specie che si riproducono tra loro (flusso genico è possibile) e che occupano contemporaneamente una stessa area geografica. Una specie può essere costituita da 1 o più popolazioni. Ogni popolazione può essere composta da un numero di individui variabile. Gli individui che compongono una popolazione sono tra loro geneticamente diversi (unicità del genotipo) per via della riproduzione sessuale (ricombinazione genica), gli eventi di mutazione, il flusso genico tra popolazioni vicine, le pressioni ambientali che agiscono sul fenotipo. Differenze nel pool genico esistono anche tra le diverse popolazioni della stessa specie.

Eccezione: popolazioni clonali e popolazioni che si riproducono per partenogenesi. La variabilità genetica (e quindi la diversità genetica) permette alle popolazioni e quindi alle specie di adattarsi ai cambiamenti che si verificano nell’ambiente (es. cambiamenti nel regime climatico, insorgere di malattie, competizioni tra specie ecc.). Le specie rare hanno una minor variabilità genetica rispetto alle specie ad ampia distribuzione e, di conseguenza, sono più vulnerabili all’estinzione qualora si modifichino più o meno rapidamente le condizioni ambientali. Per questo è importante mantenere elevato il numero di individui delle popolazioni e contemporaneamente proteggere maggiormente le specie rare. La manipolazione della variabilità genetica intraspecifica permette di migliorare le specie domestiche importanti per l’uomo.

Diversità a livello di comunità/ecosistemi

Una comunità o biocenosi è l’insieme degli individui appartenenti a diverse specie che occupano contemporaneamente un certo territorio (condividono quindi le stesse esigenze ecologiche) e interagiscono tra loro. Vari tipi di interazione tra organismi: predazione, competizione, relazioni mutualistiche, simbiosi, predazione, parassitismo.

Un ecosistema è costituito dall’ambiente abiotico caratterizzato da fattori abiotici di vario tipo (luce, temperatura, precipitazione, substrato, topografia, sostanze organiche e inorganiche presenti nel suolo ecc.) e la/le popolazione/popolazioni vegetali e animali presenti in quel determinato ambiente. Gli ecosistemi sono la sede di importanti processi chimico-fisici quali: ciclo dell’acqua, ciclo del carbonio, ciclo dell’ossigeno, ciclo dell’azoto, fotosintesi, decomposizione della sostanza organica. Sono sistemi aperti in quanto scambiano materia e energia con l’esterno, sono complessi e in grado di auto-organizzarsi (si strutturano autonomamente e sono in grado di controllare la propria attività).

L’ambiente fisico influenza le comunità viventi attraverso: fattori climatici, fattori edafici, geologici e geomorfologici, idrologici. Le comunità vegetali e animali possono modificare le caratteristiche ambientali (abiotiche) quali: velocità del vento, umidità e temperatura dell’aria, caratteristiche dei suoli, concentrazione di ossigeno disciolto nell’acqua, trasparenza delle acque, movimento delle onde ecc. Le comunità e gli ecosistemi si trasformano nel tempo. La successione è il graduale processo di cambiamento a cui va incontro una comunità a livello della sua composizione specifica, della sua struttura e delle interazioni fra le varie componenti, nonché a livello delle relazioni tra queste e le caratteristiche fisiche dell’habitat in cui essa si trova.

Questo processo determina che in un determinato sito si succedano nel tempo diverse comunità. La scala temporale di una successione è molto variabile; ogni comunità rappresenta uno stadio della successione e ogni stadio può mantenersi più o meno a lungo nel tempo. Per descrivere una successione si fa riferimento alle comunità vegetali (fitocenosi) che via via si susseguono ma fanno parte di questo processo anche le altre componenti biotiche e le caratteristiche abiotiche che si modificano esse stesse. Si parla di successione primaria quando una fitocenosi si forma su un substrato nudo e sterile, quasi privo di sostanza organica. Esempio: colonizzazione delle colate laviche, zone di ritiro dei ghiacciai, zone di distacco di frane, fondale di un lago che si è prosciugato ecc. Cap. 2 (Krakatau) E. Wilson «La diversità della vita».

La successione secondaria si verifica quando una fitocenosi presente in un determinato sito va incontro a una perturbazione di origine naturale (es. incendio) o antropica (es. disboscamento, abbandono di un campo coltivato) e al suo posto si insedia un altro tipo di vegetazione che segna l’inizio di una nuova successione. Esempio n. 1: la colonizzazione post-incendio. Esempio n. 2: la colonizzazione nelle aree percorse dai metanodotti.

Notiamo i vari livelli trofici:

1. Le piante sono i produttori primari: comprendono le specie fotosintetiche
2. Consumatori primari: consumano le piante, sono infatti erbivori che ottengono energie dalla specie fotosintetiche
3. Consumatori secondari: predatori e parassiti che si nutrono di erbivori
4. Decompositori: organismi che si nutrono di tessuti morti e rifiuti organici

Biodiversità a livello di paesaggio

Il paesaggio è un territorio costituito da un insieme di ecosistemi integrati che si ripete in condizioni simili (Forman & Godron, 1986). È il risultato della complessità dell’interazione tra organismi, ambiente fisico-chimico e l’attività antropica. Si può pertanto dire che il paesaggio è allo stesso tempo prodotto della natura e della società.

Convenzione Europea del Paesaggio (2000) “il paesaggio è una determinata parte di territorio il cui carattere deriva dall’azione di fattori naturali e umani e dalle loro interrelazioni”.

Misurare la biodiversità

Misurare la biodiversità è multidimensionale, difficilmente riconducibile ad un singolo numero. Tuttavia è necessario quantificarla con misure semplici e utilizzabili per le scelte gestionali. La valutazione può essere effettuata a diversi livelli e a diverse scale spaziali e temporali.

Biodiversità a livello di specie, di comunità e di paesaggio

• α-diversità: diversità di specie all’interno di un campione o di una comunità ecologica. È il numero di specie presenti in un campione o in una singola comunità ecologica. Rappresenta la ricchezza specifica locale.
• β-diversità: diversità di specie tra comunità. Rappresenta il cambiamento della composizione specifica lungo un gradiente ambientale o geografico;
• γ-diversità: diversità di specie a livello regionale. È il numero di specie presenti in un’area molto estesa, anche a livello di continente (ricchezza specifica regionale).

Whittaker, 1960

• α diversità: è propria di una unità spaziale definita
• β diversità: riflette cambiamenti biotici o di specie
• γ diversità: le relazioni tra α e β diversità dipendono dalla scala

Mentre l’α diversità è una misura della diversità all’interno di una comunità, la β diversità è una misura della diversità di specie tra comunità.

Il termine fu introdotto da Whittaker (1960, 1972) per indicare il cambiamento nella composizione specifica delle comunità lungo un gradiente. La formula proposta da Whittaker è la seguente: β=γ/α o β=γ/α-1 dove γ è il numero totale di specie di un intero set di siti e α il numero medio di specie per sito. Se ogni sito ha le stesse specie allora γ/α=1 γ/α-1=0.

• La β diversità fornisce una misura quantitativa della diversità tra comunità lungo un gradiente ambientale;
• Indica se specie di diverse comunità sono più o meno sensibili ai cambiamenti ambientali e se insiemi di specie sono indipendenti o dipendenti tra loro;
• Può essere utilizzata per misurare gradienti non ambientali (per esempio l’effetto di un disturbo antropico)

Stime quantitative della α diversità

Quantificazione della biodiversità attraverso il numero di specie contenute in una comunità o in un ecosistema.

1. Ricchezza di specie: Numero di specie presenti in una comunità o in un ecosistema

Esempio:

• La ricchezza è relativamente facile da rilevare
• Non è necessario contare gli individui (solo presenza-assenza)
• È facile da interpretare e confrontare
• Il numero di specie rilevate fornisce una prima informazione sulla biodiversità
• Non dice niente sull’abbondanza assoluta o relativa delle singole specie nella comunità

2. Eveness: Abbondanza relativa. Equiripartizione degli individui tra le specie

In senso strettamente ecologico la diversità di una comunità deve esprimere la complessità della sua struttura. La diversità è massima quando la probabilità che due individui estratti a caso appartengano alla stessa specie è minima, ovvero, la diversità è massima quando tutte le specie hanno uguale abbondanza. Spesso in una comunità poche specie sono presenti con molti individui (specie comuni) e molte sono presenti con pochi o pochissimi individui (specie rare). La massima eveness si ha quando tutte le specie sono rappresentate dallo stesso numero di individui.

Indice di Shannon

H’ = -Σpi lnpi i=1S è il numero totale di specie pi è la proporzione di individui relativi alla ima specie pi/p tot esprime la probabilità di estrarre dal campione un individuo della specie ima.

La biodiversità nel mondo

• Quante specie esistono al mondo?
• Quali sono le specie viventi?
• Dove sono distribuite?

Quantità di specie esistenti e tipologie

Le specie conosciute sono 1,5 milioni. Le specie che esistono probabilmente sono tra 5 e 10 milioni.

Distribuzione delle specie nel globo

Gli ambienti più ricchi di biodiversità sono:

• Le foreste equatoriali e le foreste tropicali
• Le barriere coralline
• Gli oceani
• I grandi laghi tropicali
• Sistemi fluviali complessi
• Ecosistemi della fascia intertropicale (savana, praterie e deserti)
• Regioni con clima mediterraneo

Fattori che influiscono sulla ricchezza di specie:

• Latitudine
• Altitudine
• Litologia
• Geomorfologia
• Clima
• Storia geologica