Demoecologia (Parte 2 di Ecologia)

Demoecologia

Metodo scientifico

Per "esperimenti" in ecologia non intendiamo necessariamente andare in un laboratorio e mettere a punto un protocollo sperimentale, ma si potrebbe semplicemente intendere come l'andare sul campo e fare delle osservazioni sistematiche di fenomeni naturali (contare degli animali, misurare delle piante) e tutto ciò che serve a ottenere dei dati che analizzeremo per vedere quali risultati otteniamo e se questi confermano le nostre ipotesi o le confutano, e di conseguenza arrivare a delle conclusioni su come le nostre domande siano state risolte dai dati delle analisi che abbiamo fatto.

I risultati della ricerca devono essere pubblicati e resi pubblici in vari modi: possono essere una semplice relazione che scriviamo per un esame o per un'agenzia ambientale che ci ha commissionato un lavoro, possono essere la nostra tesi di laurea, ecc.

Questa figura ripercorre il metodo scientifico in una maniera un po' più approfondita e spiegata, ma sostanzialmente si vede che abbiamo delle osservazioni da cui nascono delle domande e questo ci permette di formulare delle ipotesi di lavoro da cui nascono delle previsioni.

Quindi, se per esempio noi vogliamo studiare una popolazione di ungulati nell'Appennino toscano, ad esempio il capriolo, e vogliamo vedere se ci sono differenze tra popolazioni di una tipologia di bosco e un'altra (bosco intatto e un bosco tagliato), e quindi faremo delle previsioni. Ad esempio, se nel bosco meno intatto la popolazione è più bassa come densità di animali, andremo sul campo a verificare queste ipotesi raccogliendo dei dati.

Vedremo successivamente quali saranno questi metodi e come potremo stimare e misurare l'entità di questa popolazione di caprioli; inoltre confronteremo le popolazioni tra i due habitat e vedremo se questi risultati saranno in linea con le ipotesi. Se non fossero in linea con esse potremmo procedere a trarre delle conclusioni e a formulare delle nuove ipotesi, viceversa potremmo pubblicarne i risultati e magari partire con un nuovo ciclo di ricerca. Ogni ricerca e ogni risultato ci permettono di iniziare una nuova analisi e quindi rendere più generale il nostro lavoro.

Le "domande" però in ecologia scientifica sono domande che devono avere una risposta e tendenzialmente non sono domande sui meccanismi sul motivo di una scelta di un certo fenomeno che osserviamo, ma sono domande sul "dove si trovano alcuni animali", "cosa fanno", "quanti sono", ecc. Sono domande tendenzialmente comparative come nell'esempio che abbiamo portato: qual è la differenza tra due popolazioni di capriolo in due diverse tipologie di habitat? Sono domande semplici e a cui è possibile rispondere.

Attenzione a non confondere le domande con il metodo, il metodo non è la ricerca, il metodo è il mezzo tramite il quale otteniamo dei dati, quindi possiamo usare delle foto trappole e possiamo usare un sistema informativo geografico GPS per avere dei dati sulle diverse coperture di vegetazione; oppure possiamo infine usare dei transetti per contare degli animali. Questo è un metodo che ci permette di ottenere i dati per rispondere a delle domande che però devono essere domande di tipo ecologico, riguardo un fenomeno naturale che cerchiamo di capire.

Pubblicazione scientifica

La pubblicazione scientifica è il risultato ultimo più importante del nostro lavoro scientifico e può essere interessante. Poi vedremo meglio come è strutturato un articolo scientifico, chiarendo subito la distinzione tra un articolo scientifico e una pubblicazione divulgativa. Gli articoli scientifici hanno una loro struttura fissa in parti, sono in inglese e sono scritti in maniera molto concisa e informativa.

Gli articoli scientifici per la divulgazione hanno una struttura più grande e più discorsiva, possono essere più lunghi o più corti ed hanno un target generale che è quello appunto del pubblico più o meno interessato alle scoperte della comunità scientifica. Scientificamente gli articoli scientifici possono essere più o meno generali, più o meno di nicchia ma sono indirizzati al mondo della ricerca, quindi ci sono grosse differenze tra articolo scientifico e articolo di divulgazione scientifica.

Altra cosa importante è che gli articoli scientifici sostanzialmente presentano i risultati primari della ricerca, quindi è dagli articoli scientifici, dalla "letteratura primaria", che poi vengono fatti gli articoli divulgativi oppure vengono fatti dei libri. Dunque, vediamo un po' più in dettaglio quali sono le caratteristiche delle pubblicazioni scientifiche. Gli articoli scientifici, questo vale ovviamente anche per i libri scientifici, hanno le caratteristiche fondamentali di essere soggetti a revisione tra pari (in inglese "peer review"), ovvero sono validati da colleghi ricercatori nell'ambito rispettivo, a cui viene passato un manoscritto scientifico giudicandolo e commentandolo (anche revisionandolo più e più volte). Essi possono raccomandare che sia accettato per la pubblicazione oppure che sia rifiutato in quanto magari non considerato abbastanza di qualità (questo anche in base alla rivista a cui si invia).

Gli articoli scientifici sono in inglese, quindi l'inglese è la lingua ufficiale della ricerca scientifica. Gli articoli scientifici sono organizzati da un fattore di impatto, il cosiddetto "Impact Factor" (IF).

• In che cosa consiste?
  È un indice della qualità e dell'importanza della ricerca, calcolato con una formula che si basa sul numero di citazioni dei due anni precedenti all'anno di pubblicazione. Quindi se si ha un articolo del 2020 in una rivista pubblicata nel 2020, l’Impact Factor di quella rivista dipende da quante citazioni la rivista ha avuto nei due anni precedenti (nel 2018/2019).
• Che significa?
  Con "citazioni" si intende dire quali articoli di quella particolare rivista sono stati ripresi e ritrovati nella lista della letteratura nelle reference dell'articolo in oggetto, e c'è una sorta di gradiente di questi valori. Ad esempio, parlando di mammiferi in Italia, c'è una rivista che si chiama "Hystrix", in realtà internazionale. Essa ad esempio ha 1,195 come valore di IF, un fattore piuttosto basso; mentre per le riviste più importanti come Science l’IF può andare anche oltre il 40, quindi c'è un grosso gradiente.

In passato i testi tecnico-scientifici erano esclusivamente il modo con cui il processo scientifico diventava di dominio pubblico, mentre adesso servono a divulgare la produzione scientifica e a formare i giovani ricercatori. Vi è inoltre un importante parametro denominato "H-index" e rappresenta il numero di pubblicazioni citate almeno h volte. Ovvero in modo di quantificare sia la qualità della produzione scientifica che la sua quantità.

Ci sono diversi siti a cui fare affidamento per eseguire ricerche scientifiche (per riviste/autori). Google Scholar consente di accedervi liberamente per fare una ricerca per argomento e/o autore. ResearchGate è una sorta di portale in cui si crea una pagina dove poi vengono automaticamente scaricate tutte pubblicazioni fatte, e si può anche scegliere di scaricare dei pdf e delle pubblicazioni. Infine, ci sono anche motori di ricerca accessibili tramite risorse on-line dell’Università o altri network, tra questi vi è Scopus e Web of Science.

• Su Google Scholar e ResearchGate si può trovare qualunque tipo di pubblicazione, come un report, una tesi, un documento o una review; su Scopus e Web of Science si possono trovare solo le pubblicazioni cosiddette "easy" cioè che hanno un fattore di impatto.
• Com'è strutturato un articolo scientifico?
• Qual è la differenza tra un articolo scientifico e una tesi di laurea?

Il primo è più breve, incisivo e rispetta rigorosamente questa struttura. La tesi di laurea è tendenzialmente più prolissa e può seguire questa struttura o può subire alcune variazioni. La struttura di un articolo scientifico deve essere rigorosamente in inglese, mentre la tesi di laurea si può anche scrivere in italiano.

Adesso si entra un po' nella struttura del contenuto dei lavori scientifici. Per fare sì che un articolo sia pubblicabile deve esserci un’introduzione con un tema ben chiaro, una domanda scientifica ben articolata, ecc. Un articolo scientifico rispetto a una relazione o una tesi deve avere degli elementi di novità e di originalità, uno scopo ben chiaro; può essere di nicchia, può essere generale ma deve essere chiaro. Chiaramente uno studio scientifico è pubblicabile se ci sono dei dati sufficienti, delle analisi appropriate, mentre ciò non è necessariamente così per una relazione, perché magari una relazione è volutamente semplice e rispecchia un particolare lavoro che è stato affidato.

Vediamo qualche esempio. La prima è una pubblicazione su Nature, quindi su una rivista generale. Essa tratta il rischio di estinzione da cambiamenti climatici del 2004. A sinistra si vede la lista degli autori. Il secondo è un lavoro su una rivista più di nicchia ma più importante in biologia della conservazione. La parte scritta in grassetto è un "abstract" che rappresenta una breve sintesi dell'intero lavoro (può essere di 250-300 parole).

Area di studio in Tanzania e Monti Udzungwa

Prima di passare alla lezione sull’ecologia di popolazione si fa una brevissima introduzione di un’area di studio in Tanzania dove il dipartimento di biologia dell’Unifi con altri enti lavorano da molti anni. Siamo in un'area del centro sud della Tanzania, ci sono delle montagne coperte dalla foresta pluviale (molto importante per la biodiversità), tant’è vero che fanno parte di una regione che si chiama "Arco orientale della Tanzania" e a sua volta questo arco orientale fa parte di uno dei 36 Hotspot di biodiversità al mondo. Una particolarità di queste montagne è che contengono un'enorme densità di vertebrati endemici, ovvero specie che sono localizzate solo in questa area, addirittura la densità è una delle più alte al mondo.

La cosa interessante di quest'area sono i Monti Udzungwa che è il blocco montuoso più meridionale di questo arco di montagne, bisogna pensare a questo come ad un arcipelago di zone montuose in un'area di matrice ambientale diversa, tipicamente di savana. I monti Udzungwa sono il blocco più importante con le foreste più grandi.

Questa è un’immagine satellitare dove si vedono queste foreste come singoli blocchi discreti intercalati d’habitat diversi. Consiste in un'area con diverse aree protette: da un parco nazionale a delle riserve naturali, a delle riserve meno gestite. Il tutto è molto interessante per gli studi ecologici.

Sotto vi è l’immagine della lista dei vertebrati endemici che rappresentano la ricchezza di specie ed uno dei modi per quantificare l'importanza biologica di un’area. Qui si parla di 45 vertebrati endemici che sono stati rilevati in quest'area, di cui 20 sono solo endemici dei monti Udzungwa, mentre 45 sono dell'intero Arco orientale. Noi abbiamo una presenza (con altri enti in Italia e in Europa) importante in quest'area, perché gestiamo una stazione di ricerca che è annessa al parco nazionale e che ha lo scopo di promuovere la ricerca stessa e facilitare quella scientifica in quest'area.

Ecologia di popolazione: variabili di stato e stima abbondanza

L'ecologia è lo studio delle interazioni tra gli organismi e il loro ambiente. Qui c'è una definizione presa da un libro di statistica ecologica dove vedete un'accezione applicativa dell'ecologia che dice appunto che molta dell'ecologia (e anche della biologia della conservazione) trova una sua radice importante nell'ecologia. Molta dell'ecologia della conservazione ha a che vedere con lo studio proprio dell'abbondanza e della distribuzione di specie o di popolazione.

Nel vasto ambito dell'ecologia di popolazione, essa ha una sua "nicchia importante", perché appunto molta dell'ecologia ha a che vedere con lo studio delle popolazioni.

• Cos'è una popolazione?
  La popolazione è un gruppo di organismi della stessa specie che si rileva in uno spazio definito e in un tempo definito.
• Come sono distribuiti?
  Sono distribuiti in un certo modo rispetto ai cambiamenti ambientali.

La demoecologia sta temporalmente a metà. Come disciplina in realtà è arrivata dopo e se vogliamo è un po' una sintesi tra l’autoecologia e la sinecologia.

• Perché questo?
  Perché mentre l’autoecologia ha delle profonde origini nella storia naturale e nelle classiche discipline (es. zoologia, chimica, biochimica e fisiologia.), la sinecologia ha un forte approccio sistemico, considerando appunto le relazioni trofiche tra organismi e tra organismi e ambiente (le catene alimentari).

La demoecologia è molto radicata in un approccio di studio delle popolazioni, nel senso di stima statistica dell'abbondanza e delle sue variazioni dei parametri demografici. Essa ha una grossa base matematica quantitativa, e in qualche modo ha operato una sintesi tra la autoecologia e la sinecologia. Molti degli approcci in ecologia di popolazione sono riferibili ad analisi di comunità. Quindi se vogliamo la demoecologia è un po' più recente ma è più una disciplina di sintesi.

Definiamo le popolazioni e capiamo quali sono le loro proprietà. Le popolazioni sono costituite da individui che condividono le stesse condizioni ambientali e le stesse risorse e ovviamente interagiscono tra loro e sono in competizione per l'accesso a queste risorse. Le popolazioni sono quindi delle unità evolutive. Le popolazioni che divergono, quindi individui che cominciano a divergere da una popolazione perché ad esempio si spostano e quindi si trovano essere in condizioni di risorse diverse e diversa influenza delle interazioni, possono per selezione naturale, essere soggetti ad un’evoluzione. Possono evolversi e diventare specie diverse, quindi la popolazione come unità discreta di individui all'interno della specie è un'unità evolutiva fondamentale.

Importante per gli aspetti applicativi è il fatto che le popolazioni sono anche unità di conservazione.

• Cosa vuol dire?
  Prendiamo ad esempio una specie di mammifero come l’orso bruno, si osserva nell’immagine che a livello globale in questa mappa (presa dal sito dell’Unione internazionale per la conservazione della natura) la sua distribuzione è un modo per classificarne lo stato di conservazione e il rischio di estinzione. Questo vale sia per l’orso bruno che ovviamente per le specie in generale.

L’orso a livello globale è una specie LC (least concern, non minacciata). È una specie comune molto diffusa in Nord America, in gran parte della Russia, nel continente asiatico e anche in Europa. In Europa ci sono diverse popolazioni e la sua distribuzione è un po' più frammentata, piuttosto importante ad esempio è in Slovenia e in Croazia. Come specie diventa vulnerabile se chiudiamo la scala a livello Mediterraneo perché ci sono dei frammenti dove è estinto. È presente ad esempio nel Maghreb settentrionale, mentre nell’Africa settentrionale non c'è più, lo troviamo solo In alcune zone in Italia e nella penisola iberica. Soprattutto se zoomiamo ulteriormente la situazione italiana, essa rappresenta la specie criticamente minacciata CR (sta per "critically endangered") dopo quella categoria c’è l’estinzione.

Perché in Italia le due sottospecie dell’orso bruno marsicano sono: in Appennino dove è ridotta a circa una 50ina di esemplari; e in Trentino dove gli esemplari sono provenienti dalla Slovenia e anche qui sono una cinquantina di animali. Quindi si comprende che non è la popolazione in una regione ad avere una rilevanza a livello della popolazione globale.

Gli obbiettivi dell’ecologia delle popolazioni sono lo studio dello stato e della struttura delle popolazioni. Con "stato" intendiamo questi due-tre parametri fondamentali: la distribuzione, l'abbondanza e la densità degli individui della popolazione nello spazio. Con "struttura" si intende il fatto che si vuole vedere la loro struttura demografica, ovvero come sono ripartiti per classi di età (neonati, giovani, adulti e anziani) e sesso all'interno della popolazione.

Vogliamo studiare lo stato e la struttura e vogliamo determinare le variazioni di questi due attributi nello spazio e nel tempo. Quando parliamo di variazioni nel tempo parliamo di dinamica di popolazione, mentre quando parliamo di variazioni nello spazio parliamo di distribuzione, di abbondanza oppure di densità.