3: La biodiversità marina

LA BIODIVERSITA’ MARINA

ORIGINE ED EVOLUZIONE DELLA VITA IN MARE

Due elementi sono fondamentali per dare origine alla vita

Presenza di acqua allo stato liquido,

1. Presenza di polimeri organici come acidi nucleici e proteine.

2.

Circa 4.5 miliardi di anni fa le rocce fuse liberavano gasi, i quali giunti sulla

superficie hanno fornito le materie prime per la formazione dell’atmosfera e

dell’oceano primitivo. La fusione del nucleo ha poi portato alla differenziazione di

regioni con densità diverse: gli elementi pesanti si sono spostati verso il centro della

terra costituendo un nucleo fuso, mentre i silicati (più leggeri) si sono mossi verso la

superficie. Questa stratificazione del pianeta ha dato luogo alla tettonica, fenomeno

che a sua volta a portato alla formazione dei continenti.

Inizialmente la luna era molto vicina alla terra e ciò aveva come conseguenza la

formazione di numerose maree, il cui attrito ha dissipato progressivamente l’energia

di rotazione della terra, rallentandone il movimento. Con la formazione degli oceani

si sono poste le basi per l’origine della vita.

Con “mare primigenio” si intende l’ambiente primitivo da cui ha preso origine la vita

e il processo evolutivo delle varie forme viventi. I primi organismi viventi

comparvero sotto forma di coacervi di molecole complesse, nutrendosi di molecole

organiche.

L’atmosfera inizialmente era composta da metano, ammoniaco e idrogeno e

successivamente da anidride carbonica, azoto e vapore acqueo.

La vita è basata su polimeri come gli acidi nucleici e le proteine, che svolgono le

funzioni biologiche di replicazione e catalisi. Queste molecole sono state sintetizzate

a partire dall’assemblaggio di monomeri semplici. Nel periodo successivo alla

formazione della terra, i composti organici erano assenti a causa delle alte

temperature in superfici: una diminuzione di temperatura della superficie comporta

l’accumularsi di composti organici sui fondali marini.

Nel 1920 si pensò che un “brodo primordiale” si sia formato da materia non vivente.

Nel 1953 si studiò che le condizioni della terra primordiale derivassero a partire da

reagenti, i quali interagiscono con metano, idrogeno e ammoniaca.

Una proprietà caratteristica ed identificativa della vita è la REPLICAZIONE.

La vita dalla non vita viene si distingue grazie alle capacità:

Effettuare copie di se stessi;

1. Rendere attiva la molecola che potrebbe essere utilizzata nel processo di

2. replicazione;

Durare abbastanza per garantire la replicazione e di conseguenza la

3. sopravvivenza della prole.

Molecole di RNA in grado di promuovere la proprio auto-replicazione, si sono

evolute in proteine e DNA.

A partire da circa 3.5 miliardi di anni fa la vita si sarebbe evoluta in organismi

unicellulari, simili ai cianobatteri.

Tutte le classi del regno animale sono presenti in mare.

MECCANISMI DI SPECIAZIONE IN MARE

La speciazione è il processo che porta alla nascita di nuove specie. Se l’adattamento è

di tipo PLASTICO (cambia con il variare delle condizioni ambientali) e non acquista

una valenza genetica, fa parte dello spettro di tolleranza dell’organismo; se invece il

cambiamento ambientale determina una selezione genetica per alcuni organismi, si

hanno le basi per un processo di speciazione. Questa nascita di nuove specie avviene

tramite due modalità:

ANAGENESI (o evoluzione filetica): popolazione ancestrale subisce un

1. cambiamento graduale nel tempo;

CLADOGENESI ( o speciazione): popolazione originaria si suddivide in più

2. sub popolazioni che costituiscono nuove specie. È l’unico meccanismo che

porta alla diversificazione evolutiva e quindi all’aumento del numero di specie.

La speciazione rappresenta l’origine della discontinuità riproduttiva tra popolazioni

precedentemente interfeconde. Perché la speciazione abbia successo è necessario che

le popolazioni in via di differenziamento siano protette dall’influsso dei geni portati

da individui che migrano dalle popolazioni circostanti. La diffusione di geni dovuta a

fenomeni di migrazione è detta FLUSSO GENICO, il quale tende a rendere più

omogenee le popolazione, riducendone le differenze. Quando il flusso è interrotto dai

meccanismi di isolamento riproduttivo, allora aumenta la possibilità di formazione di

una nuova specie. Con il termine di ISOLAMENTO RIPRODUTTIVO, si indica

quel fenomeno per cui gruppi di individui della stessa specie rimangono separati e

non hanno possibilità di scambiare geni.

Esistono diversi processi di speciazione:

SPECIAZIONE ALLOPATRICA O GEOGRAFICA: prevede la presenza di

1. barriere fisiche che impediscono il contatto dei due gruppi in precedenza

appartenenti alla stessa specie. Questo tipo di speciazione può avvenire

secondo due modelli:

DICOPATRICO: popolazione ancestrale di grande dimensione viene

• suddivisa in due sub-popolazioni tramite una barriera fisica che gli

individui non sono in grado di superare. Successivamente le popolazioni

accumulano differenze genetiche tali da determinare l’isolamento

riproduttivo.

PERIPATRICO: si parte da pochi individui isolati geograficamente dalla

• popolazione di origine a causa della frammentazione di questa o in

seguito all’occupazione di una nuova area (dispersione). Il patrimonio

genetico sarà differente da quello della popolazione d’origine a causa

della deriva genetica (effetto del fondatore).

Una volta che la barriera non c’è più si verificano differenti condizioni:

Le due popolazioni non si incrociano;

▪ Le due popolazioni di incrociano, ma tendono a fondersi in

▪ un’unica popolazione a causa della riduzione della fitness degli

ibridi che non è molto alta;

Le due popolazioni si incrociano, ma gli ibridi hanno vitalità

▪ ridotta e per questo motivo saranno favoriti gli incroci fra

membri della stessa popolazione.

SPECIAZIONE SIMPATRICA: i due gruppi appartenenti alla stessa specie

2. si isolano da un punto di vista riproduttivo, senza il bisogno di barriere fisiche.

Le forze riproduttive agiscono in parti differenti di una popolazione a

distribuzione continua.

SPECIAZIONE PARAPATRICA O SEMIGEOGRAFICA: si ha in specie ad

3. ampia distribuzione in cui l’isolamento riproduttivo si instaura tra membri di

popolazioni adiacenti in assenza di barriere geografiche.

BIODIVERSITA’ NEI PROCESSI STORICI

I dati storici vengono utilizzati per confrontare le popolazioni oceaniche del passato

con quelle del presente. Si riscontrano 3 settori cronologici di cui si ha

documentazione storica:

Periodo STATITISCO: caratterizzato da documentazioni specifiche sulla pesca.

• Sono documentazioni che variano in natura, ma utili per stimare le condizioni

delle popolazioni ittiche e degli altri animali marini.

Periodo PROTO-STATISTICO: materiale derivante dagli archivi portuali e

• doganali di Europa, America e stati coloniali, confrontato e sintetizzato con i

dati del periodo precedente per implementare le misure degli stock ittici.

Prima del 1850 i dati erano meno abbondanti e più complicati da interpretare,

• ma esistono alcuni dati sulla pesca che arrivavano periodicamente al mercato.

Oltre agli archivi storici si prende in considerazione anche i dati provenienti dagli

archivi ecologici naturali.

L’attività di prelievo di una specie molto spesso è studiata senza prendere in

considerazione gli altri taxa, infatti diverse informazioni suggeriscono che la cattura

su grande scala è seguita da una riduzione in taglia delle popolazioni agli alti livelli

trofici. La riduzione di biomassa agli alti livelli trofici implica che la produzione

primaria fosse stata precedentemente più alta oppure che i flussi di energia siano

cambiati nel tempo. Questi cambiamenti della produzione primaria nel tempo

suggeriscono che le variazioni ambientali potrebbero essere la causa della riduzione

di biomassa. Al contrario i cambiamenti della rete trofica potrebbero essere spiegati

tramite i cambiamenti dell’età e della composizione delle specie.

QUANTIFICARE LA BIODIVERSITA’ DEGLI ORGANISMI MARINI

Esistono diverse modalità con cui la biodiversità può essere definita:

Attributo di ogni sistema vivente, a qualsiasi livello di organizzazione, dalle

• molecole agli ecosistemi;

Varietà e variabilità degli organismi viventi e dei sistemi ecologici che li

• comprendono;

Variabilità di ogni tipo tra gli organismi viventi;

• La totale varietà di vita sulla terra.

•

La biodiversità è rappresentata dal differente corredo genetico e molecolare che

consente di riconoscere differenti popolazioni all’interno di una stessa specie e, in

alcuni casi, anche specie sibling (due o più specie non compatibili dal punto di vista

riproduttivo, ma indistinguibili dal punto di vista morfologico). Per gli ecologi marini

la biodiversità è rappresentata dalle diverse comunità che interagendo con l’ambiente

modificano l’ecosistema marino.

A seguito di queste numerose definizioni, la biodiversità può essere studiata a diversi

livelli:

Genetico: variazione tra individui all’interno della composizione genetica di

▪ una popolazione;

Sistematico: filogenesi degli organismi;

▪ Tassonomico: identificazione di specie rinvenute in una certa area;

▪ Funzionale: i diversi gruppi trofici a cui appartengono ciascuna specie della

▪ comunità presa in considerazione;

Biocenotico e biogeografico: numero ed estensione degli habitat o ecosistemi

▪ in una data regione.

Anche la misura della biodiversità viene effettuata in diversi modi:

Diversità ALFA: rappresenta la diversità di una comunità o di un campione e

1. può essere misurata come numero di specie;

Diversità BETA: è il grado di cambiamento o turnover della composizione di

2. specie tra due comunità in un habitat e si può misurare come dissimilarità tra le

specie presenti nelle due comunità;

Diversità GAMMA: indica il numero totale di specie di un habitat;

3. Diversità DELTA: è il grado di dissimilarità (turnover) della diversità specifica

4. tra due gamma-diversità che rappresentano la diversità complessiva di due

montagne sottomarine;

Diversità EPSILON: rappresenta il grado di cambiamento della diversità

5. specifica tra ecosistemi marini e terrestri;

Diversità OMEGA: indica la diversità specifica a livello globale.

6.

Misurare la biodiversità significa identificare i caratteri fenotipici che possano

fornire informazioni relative all’identità biologica di una specie.