Gestione e tutela della biodiversità e del paesaggio

2 Che cos’è la biodiversità

Definizione

Il primo a coniarla è stato Wilson nel 1992: la varietà degli organismi considerati a tutti i livelli, dalle varianti genetiche appartenenti alla stessa specie attraverso serie di specie a serie di generi, famiglie e livelli tassonomici ancora più elevati; comprende la variabilità degli ecosistemi, che comprendono sia le comunità di organismi all'interno di particolari habitat che le condizioni fisiche in cui vivono (Wilson, 1992). (Variabilità genetica, variabilità di specie, famiglia e variabilità di ecosistemi)

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

Altra definizione: 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 ecosistemici che essi costruiscono nella biosfera» (World Wildlife Found, 1989).

Tre livelli di analisi

• Specie: Molteplicità delle specie viventi nel pianeta e comprende piante, animali, funghi, protisti, batteri, archea e virus. (Il più facile da vedere)
• Geni: La variabilità genetica intraspecifica (all’interno della specie) 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 instaurano 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: (è difficile distinguere)

• Razze e varietà con marcate differenze morfologiche (es. barboncino e bracco Italiano)
• Ibridi sterili e ibridi fertili (inquinamento genetico, esempi: lupo, incrocio tra lupo e cane domestico, si ha la sommersione dei geni del lupo; gatto selvatico è scomparso o quasi scomparso)
• Specie ittiche di acqua dolce: la trota autoctona è in via di estinzione)
• Ibridazioni interspecifiche e tra piante alloctone e autoctone (1. Quercus pubescens e Quercus virgiliana sono difficili da distinguere e quindi a stabilire se fanno parte di specie diverse) (2. Bidens frondosa (USA) e Bidens tripartita (EU) si incrociano tra loro e viene sommersa quella autoctona (quella USA è stata introdotta)).

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.

Foto Gorilla occidentale quasi estinto, vive solo in riserve.

Foto Tasso della Florida (pianta): si sta riducendo la variabilità genetica.

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 come pH, precipitazioni ecc.) e interagiscono tra loro. (Della biocenosi non fanno parte solo le piante ma anche insetti ecc.)

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).

Ecosistema a livelli trofici

Il livello dei produttori primari che sfruttano H₂O, luce, producono fotosintesi e carboidrati sono le piante. Poi seguono i consumatori primari che si cibano dei produttori primari, i consumatori secondari a loro volta si cibano dei primari. All’ultimo livello abbiamo i decompositori.

Es. Piramide marina: al vertice si ha il predatore e ad ogni livello trofico inferiore si hanno livelli trofici più ampi.

Per i parassiti è diverso: la piramide è capovolta (non c’erano foto, l’ha detto la prof).

Es. di rete trofiche.

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 ecologica 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».

L’evoluzione del vulcano dell’isola di Krakatau: dopo un’eruzione si ha avuto il collasso di buona parte dell’isola e ora sono rimasti dei frammenti dell’isola.

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. (Foto es. n. 1 Peschici, luglio 2007: colonizzazione post-incendio)

Es. n. 2: la colonizzazione nelle aree percorse dai metanodotti. I metanodotti sono un caso studio eccezionale perché prima di fare l’intervento si fanno degli studi su punti del tracciato che sono stati scelti (e recintati) e dopo l’opera per 5 anni devono essere monitorati. Fanno dei ripristini, cioè fanno l’idrosemina per non far vedere la “cicatrice”.

La prof ha studiato due casi, ha notato che nel bosco S. Nicola stava ritornando la vegetazione che c’era prima (perché comunque i semi restano nel terreno).

Secondo la prof non bisogna fare su tutto l’idrosemina (solo su punti necessari). Altro problema che ha notato in questo studio è che utilizzavano dei miscugli per l’idrosemina contenenti semi che venivano dalla Danimarca ecc.: inquinamento genetico.

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

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).

Questi 3 livelli sono stati citati per la prima volta da 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.

1. Regione: α media 6 specie per montagna; γ 7 specie; β 1,2 e così via. La reg. 1 ha l’α diversità maggiore. La reg. 2 ha la γ diversità maggiore. La reg. 3 ha la β diversità maggiore.

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

Esempio: elenco floristico, ad es. quello del parco del Conero.

2. Evenness

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 evenness si ha quando tutte le specie sono rappresentate dallo stesso numero di individui.

Indice di Shannon (serve per fare questi conteggi): S H’ = -Σp_ilnp_i, i=1.

S è il numero totale di specie.

p_i è la proporzione di individui relativi alla i^ma specie, p_i/p_tot, esprime la probabilità di estrarre dal campione un individuo della specie i^ma.

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: 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).

La biodiversità nel mondo

1. Quantità di specie esistenti e tipologie

Le specie conosciute sono 1,5 milioni.

Specie che esistono probabilmente sono tra 5 e 10 milioni.

2. 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
• Presenza dell’uomo (fuoco, gestione ecc.)

Le Marche hanno solo due specie endemiche (flora).

Che cos’è un hotspot?

Affinché una regione possa essere qualificata come hotspot di biodiversità, 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.

I primi a parlare di “biodiversity hotspots” furono Myers et al. (2000) perché capirono che preservare l’intera biodiversità è impossibile e quindi occorre individuare delle aree prioritarie. Ne individuarono inizialmente 25.

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 Madagascar, Filippine, Sundaland, isole caraibiche e le isole della Polinesia e Micro: 5 hotspot più importanti)

1. La foca monaca: un tempo la foca monaca (Monachus monachus) aveva l’areale di distribuzione indicato nella mappa. Attualmente, è uno dei Pinnipedi più rari al mondo mentre in passato si trovava in tutte le acque costiere del Mediterraneo. Attualmente infatti i due terzi della popolazione originaria sono morti a causa di epidemie o per l’avvelenamento da