Appunti Esame Demoecologia

Modulo B, esame ecologia

Demoecologia, Prof. Chelazzi

L'oggetto dello studio dell'ecologia è l'ecosistema. 1977 → “Human Domination of Earth's Ecosystems”: il problema principale è la quantità e l'uso delle risorse da parte dell'uomo. Nel corso dei secoli sono avvenuti cambiamenti e modificazioni del pianeta, del territorio, dell'inquinamento, causando un grande impatto sull'ecosistema. Le conseguenze più evidenti sono il cambiamento climatico e la perdita della biodiversità (si parla di una “Sesta Estinzione di Massa”).

Tra gli anni '80-'90 viene scombussolato il ciclo biochimico del carbonio a causa della deforestazione di massa, che sbilancia l'inquinamento del ciclo. Grazie ai proxy, indicatori, riusciamo a capire come era la situazione negli anni passati. È peggiorata tantissimo rispetto al 2008, portando a conseguenze terribili sulla temperatura, sulla variazione e diminuzione dei ghiacci ecc.

Gli agenti inquinanti primari sono CO₂, SO₂, NO₂ che poi danno vita ad agenti inquinanti secondari (come l'ozono) che causano deposizioni e piogge acide, con effetti diretti e indiretti → acidificazione delle acque degli oceani rischia di bruciare le barriere coralline e alghe, elementi fondamentali dell'ecosistema marino; l'utilizzo di fertilizzanti produce grande inquinamento acquatico e del suolo.

L'IUCN (“Tasso di Estinzione”) è in aumento, causando la scomparsa lenta ma inesorabile della biodiversità. Le cause di questo fenomeno possono essere espresse tramite H.I.P.P.O. ovvero Habitat loss, Invasive species, Pollution, Population growth, Over-harvesting.

Con impronta ecologica intendiamo un'espressione numerica che indica la quantità di ettari bioproduttivi, che dipende dalle risorse utilizzate, dalle infrastrutture e dallo spreco ambientale (normalmente essa viene fatta per singola nazione). Se mettiamo tutto insieme, è semplice notare una grandissima differenza, causata dall' HDI (Human Development Index) che caratterizza ogni popolo → chi ha grande impronta ecologica, vive in benessere.

Concetto globale: antropocene

L'Olocene è la fase interglaciale che stiamo vivendo in questo momento: prima di essa c'è stato l'Antropocene, una nuova storia, una nuova era, una nuova fase della vita del pianeta. L'inizio dell'antropocene è datato 1750 da Crutzen e Stoermer per lo sviluppo della rivoluzione industriale, mentre Rudiman fa coincidere l'inizio dell'antropocene con l'inizio del Neolitico, tra i 5 e gli 8 mila anni fa. La misurazione del metano e dell'anidride carbonica presente nei ghiacci della Groenlandia dava ragione a quest'ultima ipotesi, dimostrando che da quel periodo la concentrazione dei gas era aumentata in maniera vertiginosa rispetto alle altre ere interglaciali.

La “Costruzione della Nicchia ecologica” è un sistema natura/cultura, una girandola in cui una volta modificato l'habitat, devo subire questo cambiamento e sottostare ad esso. Tra il neolitico ed il paleolitico si interpone un periodo chiamato Mesolitico, caratterizzato dal tentativo continuo degli uomini di assumere via via nuove tecniche e nuovi metodi per controllare l'ecosistema vegetale e animale.

Dai 100'000 agli 8'000 anni fa è avvenuto il fenomeno della “Estinzione della megafauna del tardo quaternario”, ovvero la scomparsa di animali sopra i 44 kg, evidenziato specialmente nelle terre prima chiamate “human-free” come Australia, Nuova Zelanda, Americhe e che poi sono state “attaccate” da Homo Sapiens → il primo vero e proprio impatto antropico, la prima Human Domination. Questi fenomeni di sviluppo eccessivo vengono chiamati anche “great acceleration”, e attualmente siamo nella terza grande accelerazione della storia.

Ecosystems

Le componenti abiotiche e biotiche sono interconnesse da flussi di energia e materia, ma anche da fenomeni selettivi e di ingegneria ecologica → questi concetti vanno a determinare l'ecosistema. Un sottoinsieme biotico prende il nome di comunità, ovvero l'insieme di organismi di varie specie che vivono nella stessa porzione di habitat, condividendo risorse ed entrando talvolta in competizione.

• Secondo Gleeson, la comunità è un raggruppamento occasionale di organismi che condividono un profilo autoecologico.
• Secondo Clements, la comunità è un gruppo integrato di differenti specie legate da relazioni funzionali.

Prendendo in considerazione l'ipotesi di Clements, possiamo dunque affermare che in una comunità esistono delle relazioni verticali e orizzontali. L'estensione verticale, inoltre, è proporzionale alla produzione primaria, più sale quest'ultima, più sale l'altra. Questa estensione, in definitiva, è la biodiversità. I legami verticali sono garantiti dalla predazione, mentre quelli orizzontali sono garantiti dal mutualismo (++) o competizione (− −).

Demoecologia

La popolazione è un gruppo di individui della stessa specie, riconosciuta come unità riproduttiva ed evolutiva. Nelle popolazioni vengono condivise le stesse condizioni e fattori ambientali, le stesse risorse e i membri della popolazione interagiscono tra sé.

L’insieme delle condizioni ambientali in cui vive una popolazione prende il nome di “nicchia biologica”. L’obiettivo della demoecologia è quello di studiare la demografia delle popolazioni, la densità e la struttura di esse, oltre alla dinamica. È importante quindi arrivare al forecasting, ovvero alla predizione di un possibile scenario ed il suo “trade-off”, ovvero il compromesso che si raggiunge tra la popolazione e le possibili conseguenze sull’ambiente.

Abbiamo a disposizione degli strumenti descrittivi per ottenere delle informazioni quantitative sullo stato ottimale della popolazione, ma ci sono anche delle tecniche ‘statiche’ come il censimento (conta totale in tutta l’area, è complicato quando la popolazione è troppo vasta) ed il sampling (estrapolazione sulla densità di popolazione in specifica area basata sulla statistica).

Metodi di sampling

• Random (uniform): quando la struttura dell’habitat è omogenea.
• Stratificato: quando la struttura dell’habitat è eterogenea.
• Transect sampling: quando gli individui sono distribuiti su aree vaste (delfini..).
• Indirect sampling: quando è difficile contare gli individui in modo diretto e bisogna basarsi su impronte, residui, feci, ecc.

Esistono anche dei metodi di cattura-ricattura: quando i membri di una popolazione sono troppo mobili, come pesci ed uccelli, vengono fatte delle ‘marcature’ per poter monitorare l’animale.

Metodo di Petersen (stima della popolazione)

Con M si intende gli individui marcati nella prima sessione, con C gli individui catturati nella seconda sessione e con R quelli marcati nella seconda sessione. La marcatura riesce a darci informazione come la crescita, la riproduzione, i movimenti e viene fatta su un unico individuo che viene catturato ripetutamente nel tempo. Tutte queste statistiche possono rilasciare informazioni importanti sulle variazioni temporali della taglia e della struttura di una popolazione, come ad esempio il Bue Muschiato dell’Isola di Nunivak.

Previsione demografica

Nei modelli demoecologici si utilizzano due tipi di matematica, quella del ‘discreto’ (es. la riproduzione annuale di una popolazione di cavallette) e quella del ‘continuo’ (es. popolazioni con modifiche in continuità, dN/dT). Mortalità (D), fertilità (F), immigrazione (I) ed emigrazione (E) sono aspetti morfologici che modificano una popolazione presente (N_t) e che determinano la popolazione futura (N_t+1), in questo modo:

Semplificando questa equazione con coefficienti di fertilità (b = B/N_t) e mortalità (d = -D/N_t) ed escludendo i flussi di migrazione (in genere I = E), e considerando “1+b+d” il tasso finito di accrescimento della popolazione, otteniamo questa nuova formula:

Se faccio continui campionamenti e censimenti, la mia λ diventa N_t+1/N_t. Questo possiede “variabilità” che può essere dovuto ad errori di campionamento. Inoltre è presente anche una “stocasticità demografica” dovuta alla variabilità interna di tipo genetico, ed una “stocasticità ambientale” dovuta dalle variazioni delle condizioni e delle risorse dell’ambiente.

Equazione probabilistica

I modelli probabilistici ci permettono di misurare la probabilità che una popolazione persista o si estingua in un determinato intervallo di tempo. La precisione di questi modelli dipende da quante volte vengono replicati i calcoli. Inoltre, nei modelli probabilistici anche una popolazione avente una media λ > 1 può subire l'estinzione in un dato intervallo, con una probabilità p. Possiamo ottenere P (λ) per "tradurre" le frequenze osservate alle probabilità dividendo F per il totale.