Fondamenti di scienze ambientali 3/3

Lezione 15: Le comunità

Le comunità rappresentano quella terza componente insieme al flusso di energia e la riciclizzazione dei nutrienti che costituiscono quello che è il sistema ambientale.

Concetti di popolazione, specie e comunità

Ricorda: Popolazione - Specie - Comunità sono tre concetti differenti.

Popolazione: un gruppo di individui della stessa specie che vivono in una medesima area geografica e interagiscono l’un l’altro.

Specie: gruppi di popolazioni naturali realmente o potenzialmente interfecondi e riproduttivamente isolati da altri gruppi analoghi.

Comunità: gruppo di specie interagenti che abitano la stessa area nello stesso tempo.

Sottogruppi nelle comunità

Nella comunità possiamo individuare dei sottogruppi basandoci sull’attività tassonomica oppure possiamo considerare un tipo di risorsa di cui si nutrono, quindi si vanno a considerare quelle che sono definite corporazioni o gilde. Abbiamo anche il gruppo funzionale, ossia organismi che sono analoghi nel modo di ottenere energia (stesso apparato boccale).

Proprietà emergenti nelle comunità

La comunità rappresenta uno dei livelli discreti della gerarchia dei sistemi naturali, dove ciascun livello è caratterizzato da proprietà emergenti. Una proprietà emergente importante è la struttura, che può essere descritta da due metriche: la diversità di specie e la ricchezza.

• La diversità a sua volta è definita da due parametri: il numero di specie in una comunità e l’equitabilità, che rappresenta la frequenza relativa delle diverse specie in una data comunità.

La composizione di specie è un altro aspetto importante. In che modo possiamo valutare la diversità di specie valutando i suoi due parametri? Abbiamo in foto due diverse comunità, all’interno delle quali possiamo quantificare sia la ricchezza in specie sia l’equitabilità. Nella comunità 1 individuiamo 4 specie differenti e l’equitabilità è invece pari al 25%. Nella comunità 2, sebbene ci siano gli stessi parametri, la frequenza relativa è diversa rispetto al primo caso, infatti, si ha una specie molto abbondante rispetto alle altre 3. Quindi le due comunità non sono analoghe in termini di diversità proprio perché nel secondo caso abbiamo una specie che domina sulle altre.

Diagramma rango-abbondanza

La diversità di specie si può rappresentare con un diagramma rango-abbondanza, in cui ogni linea rappresenta una comunità. Attraverso la lunghezza della curva si rappresenta la ricchezza in specie di una determinata comunità e si può rappresentare l’equitabilità delle diverse specie, cioè la frequenza relativa delle diverse specie. Si possono confrontare le comunità e vedere la loro diversità.

• Comunità A: presenta una specie molto abbondante e le altre 3 che sono rare.
• Comunità B: abbiamo 4 specie tutte presenti allo stesso modo.

Questo tipo di approccio ci permette di descrivere la diversità della comunità, ma non ci permette di poter quantificare la diversità della comunità, per questo sono stati sviluppati degli indici che ci permettono di descrivere la diversità della comunità e poter fare dei confronti.

Indici per la diversità

Indice di Simpson: Misura la probabilità che due individui presi a caso all’interno di un campione appartengano alla stessa specie. È un indice che varia da 0 a 1; D = 1 indica che solo una specie è presente nella comunità, quindi vi è diversità.

Indice di Shannon: Al contrario del precedente, descrive la situazione in cui non si ha diversità quando H è pari a 0 e ad aumentare di H aumenta la diversità della comunità. Due comunità funginee hanno entrambe 4 specie che le caratterizzano, ma vanno valutate dal punto di vista dell’equitabilità. Nella comunità A si ha una maggiore abbondanza della specie gialla mentre le altre tre hanno una proporzione più bassa, sono meno frequenti. Per calcolare l’indice dobbiamo calcolare il logaritmo naturale del valore della proporzione p_I e infine moltiplicare ancora per p_I ottenendo il valore di H, ossia la diversità della comunità. La stessa cosa si può fare con la comunità B.

La diversità di una comunità è determinata dalla ricchezza in specie e dalla frequenza di quelle specie.

Composizione in specie

Insieme alla diversità, un'altra metrica che ci descrive la struttura della comunità è la composizione in specie, che si rivolge all'identità delle specie che costituiscono la comunità. Difatti, le specie di una comunità non sono tutte uguali. Si può fare una prima distinzione in specie dominanti o fondatrici, ossia quelle specie che sono più abbondanti nella comunità, in termini di individui o in termini di biomassa. Queste sono importanti perché possono avere un impatto sulla presenza di altre specie in quella comunità e svolgere una serie di funzioni in quella comunità. Possono essere importanti nel determinare un dato habitat o fornire risorse come nel caso di molte specie arboree.

Altra categoria di specie sono le specie chiave. Sono quelle specie che giocano un ruolo fondamentale all’interno della comunità a dispetto della loro abbondanza. Pur non essendo le più abbondanti, sono comunque importanti dal punto di vista funzionale. Infatti, se una specie chiave scompare da una comunità, si verificano una serie di squilibri. Solitamente si verifica una diminuzione di diversità in quella comunità. Ad esempio, il lupo nel parco di Yellowstone, in cui la sua scomparsa ha modificato gli equilibri di quella area. Specie chiave possono essere predatori oppure ingegneri ecosistemici.

Altra categoria di specie sono le specie secondarie. Quelle specie che hanno un ruolo secondario, sono importanti perché contribuiscono nella diversità della comunità ma non ricoprono un ruolo fondamentale perché una loro assenza non determina una grande mutazione delle condizioni, quindi un grande squilibrio. Sono infatti definite specie ridondanti, ossia se rimosse dalla comunità, possono avere effetti poco importanti fintanto che altre specie che svolgono la loro stessa funzione sono presenti.

Eterogeneità ambientale

Eterogeneità ambientale: L’ambiente non è omogeneo e molto spesso è vario ed eterogeneo. Questo favorisce la diversità della comunità avendo un impatto positivo, infatti si traduce con maggiore habitat e maggiori risorse. I nutrienti hanno un effetto positivo sulla crescita degli organismi, tuttavia in ambiente terrestre osserviamo una relazione inversa tra disponibilità e la diversità della comunità. Nei grafici è visibile questo trend negativo all’aumentare della fertilità.

Nicchia delle specie

Due studiosi, Grinnell ed Elton, proposero due definizioni di nicchia: Il primo propose un concetto di nicchia molto simile al concetto di habitat, ossia la nicchia per Grinnell è uno spazio fisico che una determinata specie può occupare in un determinato contesto ambientale il quale è determinato dalle limitazioni poste dell’ambiente fisico in termini di condizioni e risorse. Elton, invece, aveva una visione molto diversa, puntava sul ruolo funzionale che ogni specie esercita nel contesto in cui si trova, ponendo l’accento sulle interazioni tra individui in quel contesto, perciò una visione legata al ruolo ecologico che quella specie aveva in quel contesto.

Una definizione più consona e completa fu introdotta negli anni ‘50 da Hutchinson. Propose il concetto di nicchia come iper-volume, ossia definì la nicchia come l’insieme delle combinazioni di condizioni ambientali sotto cui una specie può perpetuare se stessa, quindi definì la nicchia con lo spazio ecologico che una specie occupa all’interno della comunità.

Nicchia iper-volume

• La nicchia fondamentale (F): è il set di risorse ed habitat che una specie potrebbe teoricamente utilizzare in condizioni ideali.
• La nicchia realizzata (R): è il set di risorse ed habitat che una specie effettivamente utilizza; essa è generalmente più ristretta della precedente, a causa delle interazioni ecologiche.

Lezione 16: Interazioni intra e interspecifiche

Tipi di interazioni nelle comunità

Quando parliamo di comunità, parliamo di specie che interagiscono fra di loro all’interno di uno spazio. Ma quali sono le possibili interazioni e quali sono gli effetti sulla comunità? Esistono diversi tipi di interazioni tra le diverse specie e un sistema che si può utilizzare per classificare le interazioni è quello in cui si guardano gli effetti che queste interazioni hanno su quegli individui che interagiscono fra loro.

• Interazioni neutrali: Interazioni che non hanno effetti significativi sulle specie che interagiscono, quindi vengono classificate come 0 e 0.
• Competizioni: Interazioni classificate come - e - perché hanno per entrambi effetti negativi.
• Mutualismo: Nelle interazioni di mutualismo si hanno invece per entrambi effetti positivi, quindi le classifichiamo come + e +.
• Sfruttamento: Poi ci sono interazioni miste di sfruttamento, classificate come + e -, che possono essere vantaggiose per uno e non per l’altro.

La competizione

Si tratta di un tipo di interazione che si realizza fra organismi di una stessa comunità che vanno a sfruttare la stessa risorsa limitante. La competizione coinvolge quelle risorse limitanti, ovviamente se la risorsa è ampiamente disponibile, quella competizione sarà nulla o blanda perché non c’è un discorso di limitazione. Può riguardare il cibo, l’acqua, la luce, etc.

Quando due o più organismi utilizzano una porzione della stessa risorsa simultaneamente di cibo oppure di habitat, si parla di sovrapposizione di nicchia. Chiaramente, sovrapposizione di nicchia significa condivisione di risorse, quindi sfruttamento delle stesse risorse. Se poi sono risorse limitanti, può innescarsi una competizione che sarà tanto più forte quanto più ci sarà sovrapposizione di nicchia, quindi, sfruttano nelle stesse modalità risorse limitanti.

La sovrapposizione di nicchia è una metrica che ci consente di descrivere la nicchia ecologica di specie che interagiscono e ci misura quanto una o più dimensioni della nicchia sono condivise. Tanto più la distanza tra le medie sarà vicina, tanto maggiore sarà la sovrapposizione, perché l’area condivisa sarà più accentuata. Altra metrica importante che descrive la nicchia di una specie è l’ampiezza della curva che descrive quella nicchia. Tanto più è ridotta l’ampiezza della curva, tanto più è il grado di specializzazione della specie di sfruttare quella risorsa, cioè ha un elevato grado di specializzazione.

Competizione per sfruttamento e interferenza

Attraverso ampiezza e sovrapposizione possiamo avere degli strumenti per studiare la nicchia ecologica della specie e quali sono le relazioni con l’interazione competitiva. Possiamo individuare due forme di competizione:

• Competizione per sfruttamento: una forma che si realizza quando gli individui di una data specie vanno ad utilizzare una certa risorsa limitante e consumando la risorsa ne riducono la disponibilità per altre specie. Si tratta di una forma di competizione indiretta che si basa sul consumo che riduce la disponibilità per altri.
• Competizione per interferenza: una forma di competizione diretta perché gli organismi interagiscono direttamente, interferiscono l’uno con l’altro per sfruttare e accedere ad una certa risorsa. Quindi vi è una interazione diretta, vale per le specie animali ma anche vegetali le quali competono per la luce.

Esiti della competizione

Ma quali sono gli esiti della competizione? I primi studi furono effettuati da tre studiosi: Lotka, Volterra e Gause. I primi due hanno studiato l’interazione della competizione da uno punto di vista matematico, quindi hanno sviluppato dei modelli che potessero predire quali esiti potessero sorgere in seguito di interazioni competitive. Mentre Gause lavora più da un punto di vista sperimentale.