Ecologia, prof. Maltagliati

MODELLI DI NICCHIA

Un modo per prevedere l'attuale o futura distribuzione di una specie è caratterizzare la sua nicchia ecologica, cioè le condizioni abiotiche e biotiche di cui le specie necessitano per crescere, sopravvivere e riprodursi. I dati raccolti dalle aree dove è noto che una specie vive, possono essere usati per costruire un modello di nicchia, uno strumento che prevede la distribuzione geografica di una specie basato sulle condizioni ambientali delle zone che la specie è solita occupare. Ricercatori degli Stati Uniti e del Messico usarono questo approccio per prevedere la distribuzione dei camaleonti in Madagascar. I ricercatori ottennero informazioni sulla copertura della vegetazione, temperatura, precipitazioni, topografia e idrologia. I valori di queste variabili vennero registrate per aree di 1 per 1 km quadrati. In seguito, per ciascuna delle 11 specie di camaleonti, vennero sviluppate delle regole per descrivere le condizioni ambientali in cui

le specie venivano trovate più frequentemente. Riuscironoa prevedere correttamente dove questi camaleonti vivevano nel 75-85% delle volte escoprirono 7 nuove specie.

CRESCITA E REGOLAZIONE DI POPOLAZIONE

Le tabelle di vita mostrano come il tasso di sopravvivenza e riproduzione variano con l'età, la dimensione o lo stadio del ciclo vitale.

I dati delle tabelle di vita possono essere usati per fare una previsione sulla futura struttura per età, dimensione, e velocità di crescita di una popolazione.

Le popolazioni possono crescere esponenzialmente quando le condizioni sono favorevoli, ma la crescita esponenziale non può continuare indefinitamente.

La dimensione della popolazione può essere determinata da fattori densità-dipendente e densità-indipendente.

L'equazione logistica incorpora i limiti di crescita e mostra come una popolazione può stabilizzarsi ad una dimensione massima, la capacità portante.

La crescita

Della popolazione umana: l'uomo ha un grande impatto sull'ambiente globale, la nostra popolazione è infatti cresciuta in modo esplosivo e necessita di energia e risorse. La popolazione umana ha superato i 7,1 miliardi nel 2013, più del doppio rispetto al 1960. L'uso di energia e risorse è incrementato di 93 volte. Per migliaia di anni la dimensione della nostra popolazione incrementava in maniera relativamente lenta, mentre ora aumenta di 1 miliardo ogni 13 anni.

Nel 2080 ci saranno 26 miliardi di persone sulla Terra. Negli ultimi 50 anni la velocità di crescita della popolazione umana è rallentata notevolmente. Nessuna popolazione può incrementare in dimensione illimitatamente. I limiti imposti da un pianeta impediscono alle specie di accrescersi troppo velocemente. Esempio: nonostante la sopravvivenza dei neonati poteva essere incrementata fino al 100%, le popolazioni delle tartarughe marine continuavano a diminuire.

Perché?

TABELLE DI VITA
Le tabelle di vita possono essere basate sull'età, la dimensione o lo stadio del ciclo vitale. Una tabella di vita fornisce una sintesi di come le velocità di sopravvivenza e di riproduzione variano con l'età degli organismi.
Sx: velocità di sopravvivenza età-specifica, ovvero la possibilità che un individuo di età x riesca a sopravvivere fino all'età x+1.
Ix: sopravvivenza, ovvero la proporzione di individui che sopravvivono dalla nascita fino all'età x.
Fx: fecondità, numero medio di progenie prodotta da una femmina mentre è nell'età x.
Questo era un esempio di tabella di vita della coorte, in cui il destino di un gruppo di individui nati durante lo stesso periodo di tempo è seguito dalla nascita alla morte. Queste tabelle vengono spesso usate per organismi sessili. Nella tabella di vita statica sono registrate la sopravvivenza e la riproduzione di...

individui di differenti età durante un singolo periodo di tempo. Da questa tabella può anche essere determinata la velocità di sopravvivenza età-specifica. In queste tabelle l'età è un fattore molto importante poiché per molte specie, il tasso di natalità e mortalità differiscono enormemente tra individui di età differenti. Le tabelle di vita possono essere basate sulle dimensioni o sugli stadi del ciclo vitale degli individui di una popolazione.

CURVE DI SOPRAVVIVENZA

I dati di sopravvivenza riportati nelle tabelle di vita possono essere riportati in grafico come curve di sopravvivenza. In queste curve, i dati di sopravvivenza sono usati per riportare in grafico il numero di individui da un'ipotetica coorte che sopravvivono nelle diverse età. Esistono 3 tipi di curve che sottolineano gli stadi di vita a cui verosimilmente si verificano elevati tassi di mortalità:

• curva di sopravvivenza di tipo I:

Neonati, giovani e adulti hanno tutti alti tassi di sopravvivenza. Il tasso di mortalità non comincia ad incrementare fino al raggiungimento della vecchiaia.

Curva di sopravvivenza di tipo II: gli individui mostrano un tasso quasi costante di sopravvivenza da un'età alla successiva durante tutta la loro vita.

Curva di sopravvivenza di tipo III: gli individui hanno alti tassi di mortalità quando sono giovani, ma quelli che raggiungono l'età adulta sopravvivono a lungo fino agli stadi più avanzati della vita. È il tipo più frequente in natura.

Le curve di sopravvivenza possono variare tra le popolazioni di una specie, tra maschi e femmine nella stessa popolazione, e tra coorti di una popolazione quando ci sono differenti condizioni ambientali.

I tre tipi di curve di sopravvivenza:

STRUTTURE PER ETA'

Membri di una popolazione la cui età ricade entro uno specifico intervallo sono detti appartenenti alla stessa classe.di età. Una volta che gli individui sono staticamente categorizzati in questo modo, una popolazione può essere descritta secondo la sua struttura per età, ovvero le proporzioni della popolazione in ciascuna classe di età. La struttura per età influenza la rapidità di crescita della popolazione. Per esempio, le popolazioni umane che stanno crescendo rapidamente sono quelle che hanno una percentuale più alta di individui di classi di età più giovani. I dati della tabella di vita possono predire la struttura per età e la dimensione della popolazione. Vedi esercizio quaderno sulla proiezione della popolazione. Le popolazioni crescono a tassi costanti quando sono costanti nel tempo i tassi di natalità e di mortalità nell'ambito di una specifica classe di età. Se i tassi di sopravvivenza e fecondità di una popolazione sono costanti nel tempo, quella popolazione cresce essenzialmente ad un tasso costante.un anno a quello successivo. Quando la struttura per età di una popolazione non cambia da un anno all'altro viene definita a distribuzione stabile per età. Se i tassi di sopravvivenza e fecondità variano, varia anche il tasso di crescita della popolazione. I tassi di natalità e mortalità possono cambiare quando cambiano le condizioni ambientali. Gli ecologi possono quindi cercare di modificare l'ambiente biotico e abiotico di un organismo in modo da cambiare i tassi di natalità e di mortalità, con lo scopo di diminuire le dimensioni di una popolazione di parassiti o incrementare le dimensioni di una popolazione in via di estinzione. Le popolazioni crescono geometricamente quando la riproduzione si verifica ad intervalli di tempi regolari. Se la popolazione di una specie cambia in dimensione di una proporzione costante da un periodo di tempo discreto al successivo, si verifica la crescita geometrica. Il fatto che la popolazione cresce di

Una proporzione costante significa che il numero di individui che si aggiungono alla popolazione diventa più grande a ogni periodo di tempo. Le popolazioni crescono in maniera esponenziale quando la riproduzione si verifica continuamente. Gli individui di molte specie non si riproducono in sincronia a periodi di tempo discreti ma in tempi vari. In tali organismi le generazioni generalmente si sovrappongono.

FATTORI DENSITÀ-INDIPENDENTI

Fattori come la temperatura, le precipitazioni, gli eventi catastrofici come alluvioni e uragani sono spesso considerati fattori densità-indipendenti, ovvero che i loro effetti sui tassi di natalità e mortalità sono indipendenti dal numero di individui nella popolazione.

FATTORI DENSITÀ-DIPENDENTI

Quantità limitate di fattori come cibo o spazio possono influenzare la dimensione della popolazione in una maniera densità-dipendente, il che significa che causano cambiamenti dei tassi di natalità,

mortalità e dispersione in conseguenza di cambiamenti di densità della popolazione. Quando uno o più fattori densità-dipendenti portano a un aumento della dimensione della popolazione, se il numero è basso, e a una diminuzione della dimensione, se il numero è alto e si dice che si è verificata la regolazione della popolazione.

CRESCITA LOGISTICA

Alcune popolazioni presentano crescita logistica, un andamento in cui l'abbondanza incrementa rapidamente all'inizio, poi si stabilizza a una dimensione della popolazione capacità portante nota come ovvero la dimensione massima della popolazione che può essere supportata indefinitamente. Il tasso di crescita della popolazione diminuisce quando la dimensione della popolazione si avvicina alla capacità portante, perché risorse come cibo, acqua o spazio cominciano a essere limitanti. Quando la popolazione raggiunge la capacità portante, la velocità di crescita

è zero, e quindi ledimensioni della popolazione non cambiano.

DINAMICHE DI POPOLAZIONI

• I modelli di crescita di una popolazione includono la crescita esponenziale, la crescitalogistica, le fluttuazioni e i cicli regolari di crescita.
• La dipendenza dalla densità ritardata può indurre fluttuazioni nelle dimensioni di unapopolazione.
• Il rischio di estinzione aumenta enormemente nelle popolazioni di piccole dimensioni.
• Nelle metapopolazioni, gruppi di popolazioni spazialmente isolati sono collegate dadispersione.

Nel 1980, la medusa a pettina Mnemiopsis leidyi fu introdotta nel Mar Nero, moltoprobabilmente attraverso lo scarico delle acque di zavorra delle navi commerciali.

L'ecosistema del Mar Nero era già in declino in quegli anni e l'incremento dei nutrientiha avuto effetti devastanti soprattutto a nord, dove le acque sono poco profonde esoggette a problemi di eutrofizzazione, ovvero l'aumento del contenuto di nutrienti inun ecosistema.

itica per la salute degli ecosistemi marini. Il fitoplancton è composto da piccoli organismi fotosintetici, come le alghe, che sono alla base della catena alimentare marina. Questi organismi producono ossigeno attraverso la fotosintesi e sono una fonte di cibo per molti animali marini, come i pesci e le balene. Inoltre, il fitoplancton svolge un ruolo importante nel ciclo del carbonio. Assorbe il biossido di carbonio presente nell'atmosfera e lo trasforma in materia organica durante la fotosintesi. Questo processo aiuta a ridurre la quantità di CO2 nell'atmosfera, contribuendo così a mitigare i cambiamenti climatici. Tuttavia, l'abbondanza del fitoplancton può anche causare problemi. Un eccesso di nutrienti, come azoto e fosforo, può portare a una crescita eccessiva del fitoplancton, creando fioriture algali nocive. Queste fioriture possono produrre tossine che danneggiano gli organismi marini e possono anche causare danni alla salute umana se le alghe tossiche entrano nella catena alimentare. Per monitorare l'abbondanza del fitoplancton e prevenire fioriture algali nocive, vengono utilizzati diversi metodi di monitoraggio, come l'analisi delle acque marine e l'utilizzo di satelliti per rilevare la presenza di clorofilla, un pigmento presente nel fitoplancton. In conclusione, l'abbondanza del fitoplancton è fondamentale per la salute degli ecosistemi marini, ma è importante monitorarla per prevenire fioriture algali nocive e garantire un equilibrio ecologico.