Gestione e tutela della biodiversità e del paesaggio

La conservazione

La conservazione va fatta perché:

• C’è una crescita esponenziale della popolazione mondiale;
• Elevato tasso di consumo delle risorse e grado di sviluppo e industrializzazione di un Paese;
• Estinzione di specie e di comunità biologiche;
• Ricadute sull’uomo (es.: inquinamento dell’acqua).

Gli Stati Uniti d’America hanno un consumo di risorse pro-capite molto alto ma, in relazione alla superficie, non hanno un elevato consumo (stiamo peggio noi).

Scopi della biologica della conservazione

La biologia della conservazione è una disciplina scientifica nota per contrastare la perdita di specie e di ecosistemi (in una sola parola, la perdita della biodiversità).

I principali obiettivi sono:

• Documentare 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 rispristinare le comunità biologiche con le loro annesse funzioni ecosistemiche.

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 d’America. 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 d’America 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 Acces to the Countyside Act nel 1949 e Wildlife and Countryside Act nel 1981), Fondazione del WWF (1961).
• 1992: Earth Summit a Rio de Janeiro in cui viene sottoposta da 178 Paesi la Convetion on Biological Diversity (CBD). In Europa viene emanata la Direttiva Habitat.

Cos’è la biodiversità?

Ci sono due importanti definizioni di biodiversità:

• La prima definizione è data da Sandlund, Hindar e Brown (1992):
• “The structural and functional variety of life forms at genetic, population, species, community, and ecosystem levels”.
• La seconda definizione è data da Wilson (1992):
• “The variety of organisms considered at all levels, from genetic variants belonging to the same species through of species to arrays of genera, families, and still higher taxonomic levels; includes the variety of ecosystems, which comprise both the communities of organisms within particular habitats and the physical conditions under which they live”.

La definizione di biodiversità data dal CBD (Convention on Biological Diversity, United Nation, 1992) è la seguente: “Biological diversity” means the variability among living organisms from all sources including, inter alia, terrestrial, marine and other aquatic ecosystems and the ecological complexes of which they are part; this includes diversity within species, between species and of ecosystems”.

Nella biodiversità si considera la variabilità degli esseri viventi (non solo vertebrati, ma anche batteri e virus).

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, etc.);
• La variabilità genetica rappresenta il patrimonio a cui l’uomo può ricorrere per selezionare nuove razze, varietà, resistenza a malattie, etc.;
• La variabilità a livello di comunità e ecosistema fornisce benefici (qualità delle acque, controllo delle piene, difesa dall’erosione, purificazione dell’aria, etc.).

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.

Il concetto di specie può essere:

• 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.

I problemi con queste definizioni sono:

• 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.

Una popolazione è un insieme di individui appartenenti alla medesima specie che si riproducono tra loro (il flusso genico è possibile) e che occupano contemporaneamente una stessa area geografica.

Una specie può essere costituita da una 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.

Un’eccezione a quanto detto è rappresentata dalle popolazioni clonali e le 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, etc.). 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.

Ci sono 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, etc.) 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.

Gli ecosistemi 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).

Attualmente non si parla più di catene trofiche ma di reti trofiche perché un organismo solitamente, si ciba non solo di organismi di una specie.

I fattori biotici e abiotici sono strettamente interconnessi (i fattori biotici possono modificare i fattori abiotici e viceversa).

Le comunità e gli ecosistemi si trasformano nel tempo.

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, etc.

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 dato 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, etc.

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.

4° livello di analisi: 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

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

La biodiversità si può dividere in tre categorie:

• 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).

α-diversità, β-diversità γ-diversità?

Cosa rappresentano rispettivamente e

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

α-diversità

Stime quantitative della

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.

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 rilevante fornisce una prima informazione sulla biodiversità.

Non dice niente sull’abbondanza assoluta o relativa delle singole specie nella comunità.

Esempio: elenco floristico.

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 appartengono alla stessa specie è minima, ovvero, la diversità è massima quando tutte le specie hanno la stessa 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.

La quantificazione della biodiversità attraverso il numero di specie contenuti in una comunità o in un ecosistema può avvenire attraverso l’indice di Shannon:

′ ) = − ∑ × ( =1s è il numero totale di specie e pi è la proporzione di individui relativi alla ima specie. Esprime la probabilità di estrarre dal campione un individuo della specie ima.

β-diversità

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:

γ γ β β = = α α − 1 o γ α dove è il numero totale di specie di un intero set di siti e il numero medio di specie per sito.

Se ogni sito ha le stesse specie, allora: γ γ − = =11 0 α α o β-diversità:

• 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).

La biodiversità nel mondo

Quantità di specie esistenti nel mondo

Le specie conosciute sono 1,5 milioni.

Le specie esistenti sono probabilmente comprese tra 5 e 10 milioni.

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;
• Presenza dell’uomo (fuoco, gestione, etc.).

Anche le zone che si trovano al di fuori del Mar Mediterraneo ci può essere il clima mediterraneo.

Hotspots della biodiversità

Cos’è un hotspot? Affinché una regione possa essere qualificata come hotspot, deve soddisfare strettamente due criteri:

• Deve contenere almeno 1500 piante vascolari endemiche – vale a dire che deve avere un’alta percentuale di piante esclusive, che non si trovano cioè in nessun altro luogo del pianeta. Un hotspot, in altre parole, deve essere non rimpiazzabile;
• Deve avere il 30% o meno della sua flora naturale originaria. In altre parole, la diversità vegetale deve essere minacciata.

Attualmente, nel mondo 35 aree sono riconosciute come hotspot. Queste rappresentano solo il 2,3% della superficie della Terra ma contengono più della metà delle specie vegetali endemiche del pianeta e circa il 43% di uccelli, mammiferi, rettili e anfibi endemici.

Il valore della biodiversità

Esistono due punti di vista per quantificare il valore della biodiversità:

• Economia ecologica: la degradazione e/o la distruzione ambientale da parte dell’uomo avviene direttamente o indirettamente per cause o finalità di natura economica.

L’economia ambientale si basa sui seguenti principi:

• I servizi ecosistemici forniti dagli ecosistemi naturali sono essenziali all’uomo: essi sostengono la vita sulla Terra. I “servizi ecosistemici” (Costanza et al., 1997) sono sia i beni (cibo, acqua, materie prime, risorse genetiche, ecc.) sia i servizi propriamente detti (assimilazione dei liquami, protezione dall’erosione e d