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Appunti demoecologia (prof. Chelazzi)

Appunti di demoecologia utili per l'esame di ecologia basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof. Chelazzi dell’università degli Studi di Firenze - Unifi, facoltà di Scienze matematiche fisiche e naturali. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Ecologia docente Prof. G. Chelazzi

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Utilizzati per ottenere informazioni quantitative sullo stato attuale della popolazione

(densità e struttura).

a) Tecniche statiche: effettuano valutazioni istantanee della popolazione, che

posso ripetere nel tempo.

b) Tecniche dinamiche: effettuano valutazioni persistenti, che osservano il

soggetto nel tempo

a)Tecniche statiche;

1) Lo strumento statico per eccellenza è il censimento, che consiste in una “conta

totale” dei membri della popolazione in tutta l’area di interesse in un breve

tempo. Però le popolazioni sono sistemi dinamici, e ciò rende difficile contare

tutti i suoi membri: è per questo motivo che il censimento va fatto in tempi

rapidi rispetto alla variazione della popolazione.

2) Metodo alternativo: serie di campionamenti. Consiste in un’estrapolazione di

alcune subunità dalla popolazione di interesse, si contano quanti individui ci

sono in tali subunitài, e poi si effettua un’elaborazione statistica dei dati

ottenuti.

Si applica o l’una o l’altra tecnica in base alle condizioni della popolazione di

interesse: se ho una popolazione è 1) troppo ampia; 2) che sta in un’area

piuttosto grande, della quale non conosciamo bene i confini, 3) i cui individui

sono troppo mobili, e quindi è difficile contarli in un breve tempo, conviene fare

dei sottocampionamenti e poi cercare di ricavare le informazioni generali

dell’intera popolazione. Se invece ho una popolazione che abita all’interno di

habitat che abita all’interno di confini molto definiti, allora posso applicare il

censimento.

-Quanti campionamenti devo fare per capire la densità di una popolazione

molto grande? Abbastanza per ottenere una media affidabile della variazione di

densità e di distribuzione spaziale. Devo avere un numero sufficiente di

campioni affinché l’incertezza si restringa all’interno di un ambito che io

accetto.

In biologia andiamo a misurare dei sistemi con una variabilità intrinseca

(Variabilità: è la caratteristica fondamentale della vita, poiché senza variabilità

non ci sarebbero modificazione, adattamento ed evoluzione).

-Come organizzare i campionamenti nello spazio?

Se ho una popolazione di individui distribuita nello spazio, dove vado a mettere

le mie unità di campionamento? Dipende dalla distribuzione spaziale degli

individui.

A seconda di come si presenta la distribuzione di popolazione, dovrò organizzare

il campionamento in un modo o in un altro:

*Distribuzione casuale, o “random”: la distanza tra individuo-individuo è

variabile. Ci sono individuo più vicini, individui più lontani.

*Distribuzione uniforme: la distanza tra individui è sempre la stessa. Vi èuna

certa variabilità, ma è molto sottile: gli individui sono come i nodi di un reticolo,

le cui maglie sono geometricamente costanti. Questa distribuzione si ha quando

si hanno fenomeni di territorialismo (controllo dello spazio).

*Distribuzione aggregata: non si ha né una distribuzione casuale né una

distribuzione uniforme, ma una popolazione divisa in gruppi di individui, più o

meno uniformi al loro interno.

Se la distribuzione degli individui di una popolazione è omogenea (o random, o

uniforme) allora possiamo effettuare campionamenti random o uniformi

rispettivamente.

Non sempre la distribuzione degli individui di una popolazione è omogenea nello

spazio considerato: lo spazio spesso non è omogeneo, può presentare delle

suddivisioni dovute a caratteristiche ambientali differenti.

Ad esempio, consideriamo una popolazione di artropodi che vive in un habitat

generale, fatto sia da praterie che da foreste: per ricavare un informazione

generale di densità devo fare un campionamento stratificato, cioè, devo

dare accesso al mio campionamento sia alla foresta, sia alla prateria.

Effettuiamo un campionamento lineare quando gli individui sono sparsi su

un’ampia area, come elefanti o delfini: percorro una rotta rettilinea e conto gli

individui di mio interesse che incontro.

Numero totale e densità ricavate dal campionamento:

i.

x = numero di individui contati in unità di campionamento

i

a= superficie dell’area (media) di ciascuna unità;

A= superficie dell’intera area

Gli studi che vengono effettuati su popolazioni di ungulati si basano sul

campionamento indiretto (campionamento di tracce, feci, cicatrici, cibo

rimanente). Questo campionamento si applica quando non è facile contare gli

individui della popolazione di interesse.

In questa situazione si applica il seguente calcolo:

n= numero di gruppi di pellet

a= superficie dell’area di campionamento

TdA= tempo accumulato (for how lonf defecation occurs in that area)

F= tasso di defecazione (items per individual per day).

3) Queste tecniche si applicano quando i membri di una popolazione sono

estremamente mobili (pesci, uccelli, memmiferi, rettili, granchi, ecc)

In questo caso è difficile avere delle conteggi precise, quindi è meglio utilizzare

particolari tecniche dinamiche: metodo di cattura-marcatura-ricattura.

Questa tecnica consiste in:

1)effettuare una cattura degli individui che stanno in una certa area, attraverso

reti, trappole di vario tipo

2) rendere riconoscibili tali individui catturati attraverso marcatori (etichette,

colori, radiotrasmettitori, trasponder)

3) dopo aver fatto passare del tempo, effettuiamo una seconda cattura, e

contiamo quanti di essi erano già stati catturati la prima volta.

Varanus comodoensis,

Esempio: Stime continue di popolazioni di grandi rettili

che vivono in Java. Come sono effettuate?

1. Cattura: disposizione di trappole nel terreno, cattura di un certo numero di

varani.

2. Marcatura: mediante un trasponder, piccolo circuito elettronico che non

emette radiazioni, ma che se viene colpito da una radiazione

elettromagnetica la rimanda indietro. Il trasponder è posto sotto la pelle.

3. Rilascio.

4. Ricattura: dopo un determinato intervallo di tempo, sono rimesse le trappole,

e vengono ricatturati alcuni varani.

5. Lettura del trasponder: riconoscimento dell’individuo, se esso era stato

precedentemente catturato o no.

6. Rilascio.

Come ricavare, in base a questi tre dati, una stima degli individui della sua

popolazione globale (metodo Petersen)?

Abbiamo in mano 3 dati:

M: numero di individui catturati la prima volta;

C: numero di individui catturati la seconda volta;

R: numero di individui catturati la seconda volta che erano già stati catturati la

prima volta. N= C*M

R

Esempi:

M=1000 M=1000

M=1000

C=1000 C=1000

C=1000

R=1000 R= 100

R=10

N=1000 N=10.000

N=100.000

Censimento o campionamento: dimensioni e struttura della popolazione

contare il numero di individui di una

Fin’ora abbiamo descritto alcune tecniche utili per

popolazione, cioè, per avere una stima dello stato della popolazione: o in valore

assoluto (quanti individui compongono la popolazione) o in valore relativo di

(numero/volume o superficie,

densità a seconda del tipo di habitat in cui vive

l’individuo). Però questa è la metrica minima indispensabile per poter ragionare sul

funzionamento di una popolazione.

Quando contiamo gli individui di una popolazione dobbiamo anche prendere nota non

stato di una popolazione, struttura:

solo dello ma anche della sua ad esempio, in una

specie gonocorica, quali sono gli individui maschi e quali femmine, oppure quali sono

le differenti classi di età in una popolazione, ecc.

Alla fine, i metodi fin’ora descritti (censimento, campionamento, marcatura-ricattura)

ci consentono di delineare delle figure che sono il risultato di un’analisi statica

(istantanea).

Esempio 1: popolazione francese censita nel 1967. quota maschile

Una parte della figura descrive la situazione della della popolazione,

quota femminile.

ed un’altra parte che descrive la situazione della Questa

classificazione è importante, poiché non è detto che la demografia della quota

maschile sia uguale a quella della quota femminile, anzi, generalmente sono differenti,

poiché sono storie di vite (life histories) che si sono evolute in maniera

complementare. numeri degli individui delle varie classi di età

In ascissa sono rappresentati i : questo

vuol dire che, in questo censimento effettuato nel 1967, sono stati contati 450.000

bambini francesi di età compresa tra 0 e 2 mesi (prima classe d’età).

l’età degli individui alla quale è avvenuto il censimento

In ordinata invece è riportata .

Notiamo che all’aumentare dell’età, il numero degli individui diminuisce. Però notiamo

anche che vi sono alcune differenze tra la parte celeste e quella rosa. Come mai

compare questa differenza? Si nota una “mancanza” di maschi rispetto alle femmine,

e sono i maschi che quando è stato effettuato il censimento nel 1967 hanno fra i 70 e

in 90 anni. Essi erano uomini che nel 1915-1918 hanno partecipato alla guerra.

Tuttavia vedo delle “simmetrie” nella curva, in cui si rileva la mancanza di maschi e di

femmine che hanno 50 anni nel 1967: questa mancanza è dovuta ai maschi e alle

femmine che non sono nati a causa della guerra (deficit di natalità).

informazioni qualitative di tipo dinamico

In questo caso l’analisi statica restituisce su

quello che è accaduto in passato alla popolazione in esame.

Schema della crescita della popolazione rivelata dalla struttura della

popolazione:

Esempio 2: in questa immagine ho 3 piramidi di vita di 3 differenti popolazioni umane

diverse. Si ha sempre la suddivisione in maschi e femmine.

Sull’asse x dimensioni della “classe”, numero dei maschi e delle femmine;

Sull’asse y classi di età dei membri della popolazione. individui anziani,

La differenza tra queste tre popolazioni consiste nel rapporto tra gli

classe intermedia giovanili.

di e

Alcuni fattori che spiegano la differenza tra i tre grafici sono: mortalità e fertilità.

Nel primo caso abbiamo un’eccedenza di classi giovanili, ed una riduzione progressiva

man mano che si invecchia (crescita positiva); alta fertilità, alta mortalità.

Nel secondo caso, all’invecchiare della popolazione, si ha una riduzione più contenuta

del numero di individui (crescita nulla).

Nel terzo caso, abbiamo addirittura un rovesciamento della situazione, abbiamo un

eccesso di individui anziani (crescita negativa) popolazione italiana attualmente;

bassa fertilità, bassa mortalità.

Conteggi statici ripetuti possono rilasciare informazioni su variazioni

temporali nella struttura e nella dimensione della popolazione:

Ovibos moschatus è una specie relitta in poche aree del Nord, poiché è scampata ad

una serie di eventi molto pesanti in termini di biodiversità, che hanno colpito le

comunità del pianeta nella parte finale del Pleistocene (era geologica molto lunga che

si estende da 2.600.000 anni fa, fino a 12.000 anni fa). Alla fine del Pleistocene si

verifica una catastrofe biotica che colpisce in modo particolare i grandi erbivori:

scompare una grande quantità di generi e di specie da tutta la faccia della terra, con

massima prevalenza nelle zone che vengono raggiunte dalla grande espansione di

Homo sapiens.

I paleontologi hanno ragionevoli sospetti che questa eliminazione dei grandi erbivori si

sia ripercossa sull’assetto vegetazionale. L’interazione tra i grandi erbivori e gli assetti

vegetazionali è molto complessa, poiché consente di regolare i rapporti competitivi tra

specie vegetali diverse.

Dicevamo che la massiccia scomparsa dei grandi erbivori fu dovuta principalmente da

due fattori combinati: cambiamenti climatici e caccia umana. Questa è stata la prima

grande “impronta” che l’uomo ha lasciato negli ecosistemi del pianeta. Ovibos

Molte specie sono scomparse, alcune di queste si sono salvate: tra queste vi è

moschatus, che è attualmente oggetto di campagne di successo di reintroduzione.

Il diagramma sottostante rappresenta ciò che è successo nel tempo, a seguito della

campagna di reintroduzione di Ovibos moschatus, in un area dove esso era vissuto in

passato, l’isola di Nunivak.

Nel 1936 una trentina di individui, maschi e femmine, di O. moschatus vengono

reintrodotte nell’isola: successivamente, dopo determinati intervalli di tempo, vengono

effettuati dei censimenti per contare il numero degli esemplari. A partire dal 1948

circa, i censimenti diventano regolari, annuali.

Cosa si osserva?

Si osserva che la popolazione, a partire da un numero originario di una trentina di

individui, cresce nel tempo in maniera esponenziale: il tasso di accrescimento in

costante.

una crescita esponenziale è

Demographic forecasting:

Da studi di questo tipo, ottengo un trend, ovvero una “tendenza” della popolazione:

aumentando, diminuendo, oscilla,

posso vedere se la popolazione sta ecc.

Ma se il mio obiettivo è, nota la situazione attuale, indovinare quale sarà tra 10, 100,

1000 anni, le informazioni che ricavo da questi studi non mi bastano! Potrei estendere

il trend con una semplice estrapolazione, ed ottenere una stima della situazione che

sarà tra 10, 100, 1000 anni? No, sbaglierei.

L’estrapolazione di conteggi ripetuti non sempre danno informazioni affidabili sul

futuro stato della popolazione!

Esempio:

Effettuo 4 censimenti in 4 anni successivi nella stessa popolazione: T1, T2, T3, T4.

Voglio indovinare a quanto ammonterà la popolazione ad un tempo X nel futuro.

Possiamo dare 3 risposte differenti sugli stessi dati empirici:

Risposta 1) faccio una retta, e dico che al tempo X del futuro l’ammontare della

popolazione sarà N(tx).

Risposta 2) faccio un fitting esponenziale, e dico che al tempo X del futuro la

popolazione sarà N(tx)’.

Risposta 3) faccio passare da quei 4 punti una funzione che va a saturazione.

Dai dati empirici non si può estrapolare un dato futuro: per farlo, abbiamo bisogno di

un “modello” per poter elaborare i nostri dati empirici ed ottenere un’informazione. Poi

quel modello sarà oggetto di verifiche sperimentali.

Quindi, allineando dati e basta, non riusciamo a fare del “forecasting”!


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ciemme.

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9 mesi fa


DETTAGLI
Esame: Ecologia
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher ciemme. di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Ecologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Chelazzi Guido.

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