Appunti demoecologia (prof. Chelazzi)

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”!

Abbiamo capito che l’accumulo di informazione statica sulle popolazioni NON genera

un’informazione che può servire A) a prevedere il loro stato futuro, B) capire come

stanno funzionando.

Abbiamo bisogno di un MODELLO, ovvero rappresentazione formale di come noi

immaginiamo che stiano andando le cose. logicamente consistente,

Prima di tutto, il modello deve essere 1) 2) poi deve essere

verificato, paragonando le previsioni del modello rispetto all’evidenza sperimentale.

Modelli demoecologici:

*Perché si usano i modelli demoecologici?

1) Esigenza predittiva: per predire i trend generali delle dinamiche di

popolazione (per esempio, quale sarà il numero dei membri di una determinata

popolazione ad un tempo x del futuro), o predire l’effetto di specifici fattori (per

esempio, cambiamenti climatici, sfruttamento, rimozione delle prede, ecc)

2) Esigenza euristica (per migliorare la conoscenza): per testare (capire) le

ipotesi relative: A) ai processi generali demografici (per esempio, l’importanza

della competizione per l’omeostasi demografica) e B) ai fattori riguardanti le

dinamiche di popolazione delle singole specie.

Allora, in linea generale, i modelli demoecologici (sia che vengano costruiti per fini

espressioni formali di idee

predittivi sia per scopi euristici) non sono nient’altro che

che dovrebbero generare previsioni che poi verifichiamo con degli esperimenti.

*Quale linguaggio viene usato per dare una rappresentazione formale alle proprie idee

in un modello demoecologico?

La matematica è un linguaggio simbolico che consente di esprimere le proprie idee in

maniera rigorosa, perché è universale e non semantica (simbologia uguale per tutti). I

modelli matematici.

modelli devono essere

*Quanto “complesso” dovrebbe essere un modello demoecologico? completezza

In generale, un buon modello demoecologico è un compromesso tra e

concisione.

- Completezza è la capacità di riprodurre le caratteristiche più rilevanti delle dinamiche

di popolazione.

- Concisione è essere più semplici possibile per ottenere una completezza sufficiente.

*Quale tipo di matematica dovrebbe essere usato?

matematica del continuo matematica del discreto:

Esiste una ed una fenomeni si

descrivono sufficientemente in maniera discreta, e fenomeni che invece hanno una

variazione istantanea.

Nel nostro caso, siccome ciò che noi contiamo è il numero di individui che

costituiscono una popolazione, possiamo utilizzare due modelli:

A) La popolazione varia in step discreti (esempio: riproduzione annuale)

Matematica discreta:

N = N * “qualcosa”

t+1 t

B) La popolazione subisce una variazione continua

Matematica continua:

i.e. variazione istantanea (in un tempo tendente a zero)

dN/dt = N * “qualcosa”

(Di quanto aumenta lo stato della popolazione (N) al trascorrere di un tempo

t0)

*Quali sono i processi generali che producono la v