Zoologia applicata

Zoologia applicata

Programma del corso

Gestione conservazione della natura (valore e minacce alla biodiversità, estinzioni, conservazione di specie o ambienti, basi ecologiche per stabilire), bioindicatori (gruppi di animali usati per indicare stato ambientale: uccelli, mammiferi, macro invertebrati fluviali, invertebrati del suolo), museologia scientifica.

Testo e modalità d'esame

Testo: Biologia della conservazione (Zanichelli). Orale: illustrare articolo scientifico, illustrare materiale preparato e rispondere a ¾ domande sugli argomenti trattati durante il corso.

Introduzione

Definizione di zoologia applicata

Zoologia applicata: ramo della zoologia che studia gli aspetti dell'interazione uomo-animale in senso lato:

• Naturalistica: conservazione della natura/specie, genetica della conservazione, gestione della fauna, specie in pericolo di estinzione.
• Zoologia economica: biologia delle specie con cui l'uomo interagisce per aspetti alimentari ed economici (apicoltura, zootecnia, parassitologia, specie nocive, ingegneria genetica, acquacoltura).

Conservazione della natura

La conservazione della natura è una scienza interdisciplinare sviluppatasi in risposta all'attuale crisi di biodiversità. Essa ha tre scopi principali:

• Analizzare e descrivere organismi viventi.
• Comprendere gli effetti delle attività antropiche su specie, comunità ed ecosistemi.
• Sviluppare metodi di intervento per proteggere e ripristinare la biodiversità.

Identificare le specie e i taxa da proteggere è fondamentale, se non conosciamo una specie non possiamo proteggerla; comprendere gli effetti dell'uomo sulle specie si effettua tramite ricerche.

Panoramica nazionale

La preoccupazione per la biodiversità nasce tra il 1865 e il 1899 in Inghilterra con i primi movimenti, poi la fondazione del WWF nel 1960. CBD (1992): summit di Rio de Janeiro, 178 paesi sottoscrivono questa convenzione che obbliga i paesi a proteggere la biodiversità (non hanno aderito USA, Vaticano).

Esempio di conservazione

Esempio: Tamar, i pionieri delle tartarughe - in 35 anni il progetto brasiliano è diventato un punto di riferimento per la protezione dei rettili marini. Uno dei primi progetti per la conservazione delle tartarughe marine (aumentate in 35 anni dell'86,7%); vennero controllati 1.100 chilometri di spiagge e 25 siti di alimentazione e riproduzione di 5 specie di tartarughe marine (comune, embricata, verde, olivacea, liuto). Vengono istituite aree protette, regolamento che protegge specie, stazioni di osservazione, marcaggio animali, allevamento per ripopolamento, educazione popolazione per protezione.

Principi etici

• La biodiversità delle specie e biocenosi deve essere preservata (biofilia: attrazione uomo per la natura).
• Prematura estinzione delle specie e delle popolazioni deve essere prevenuta (l'uomo ha accelerato processi naturali di estinzione).
• La complessità dei sistemi ecologici deve essere mantenuta (bisogna preservare un ecosistema per preservare ogni specie, es. mutualismo).
• L'evoluzione deve continuare: i processi evolutivi naturali conducono a estinzioni e speciazioni e nel complesso aumentano la biodiversità; l'uomo limita le capacità delle popolazioni di evolversi sono distruttive per la biodiversità.
• La biodiversità ha un valore intrinseco.

La biodiversità

La biodiversità è l'insieme delle manifestazioni della varietà di vita a tutti i livelli dell'organizzazione biologica; comprende diversità molecolare, genetica, specie, comunità biologiche fino al paesaggio. Ci sono 3 livelli di biodiversità:

• Genetica: tra popolazioni geneticamente separate e tra individui della stessa popolazione.
• Specifica: tutte le specie, inclusi batteri e protisti fino ai regni pluricellulari.
• Ecosistemica (comunità): insieme di tutti gli ecosistemi, ovvero le comunità biologiche e le loro relazioni con l'ambiente chimico e fisico.

Tutti i livelli di biodiversità sono necessari per la persistenza della specie e della comunità.

Perché conservare la biodiversità?

La biodiversità offre biorisorse (25% componenti farmaci di origine vegetale, alimentazione, materie prime), servizi dell'ecosistema, estetica, etica. Permette alle specie di mantenere diversità genetica che permette di sopravvivere a malattie e di adattarsi alle modificazioni ambientali.

Diversità a livello di specie

Diversità a livello di specie: insieme di tutte le specie presenti sulla Terra, il principale obiettivo è quello di identificare e classificare le specie. Il concetto di specie può essere analizzato tramite due criteri:

• Morfologico: specie è un insieme di individui simili, ma distinguibili da altri per caratteristiche morfologiche, fisiologiche, biochimiche e genetiche; spesso solo la genetica ci permette di distinguere le specie.
• Biologico: specie è un gruppo di individui realmente o potenzialmente interfecondi (si riproducono e generano prole fertile) riproduttivamente isolato da altri.

Il primo è usato per tassonomia e sistematica, il secondo dagli evoluzionisti.

Morfospecie e nome binomiale

Morfospecie: gruppi di individui temporaneamente indicati come specie finché i tassonomi non sono in grado di individuare i caratteri specifici e codificare le differenze assegnando un nome specifico definitivo ed ufficiale. Nome binomiale: genere + epiteto specifico (es. Athene noctua). Genere sempre con iniziale maiuscola e tutto in corsivo.

Una specie può avere molte varietà interfeconde o potenzialmente interfeconde (es. razze canine), in altri casi ci sono specie simili ma incapaci di incrociarsi. Specie vicine possono a volte formare ibridi fertili che confondono la differenza tra le specie; l'uomo spesso elimina barriere quindi possono formarsi ibridi fertili, inoltre ci sono specie domestiche che si incrociano con animali selvatici. Specie criptiche: simili, ma diverse.

Inquinamento genetico

Inquinamento genetico: ibridazione tra specie introdotte come lupo selvatico e cane, gatto domestico e selvatico, trota marmorata e fario. Regno, phylum, classe, ordine, famiglia, genere, specie, sottospecie.

Comunità

Comunità: insieme di popolazioni che coesistono in un determinato ambiente; è un'associazione di popolazioni interagenti che formano un sistema con specifiche proprietà emergenti. Popolazione: gruppo di organismi della stessa specie (che possono potenzialmente incrociarsi fra di loro e che pertanto possiedono un patrimonio genetico comune) che occupano lo stesso spazio nello stesso periodo di tempo (interagiscono fra loro nello spazio e nel tempo); condividono di regola uno stesso ruolo funzionale (stessa nicchia ecologica) e reagiscono in modo simile allo stimolo dei fattori ambientali; formano un sistema biologico dotato di propri meccanismi di controllo.

Sinecologia

Sinecologia: ecologia delle comunità. Popolazione: insieme di individui appartenenti alla stessa specie. Comunità: popolazioni appartenenti a specie differenti. Una comunità in un determinato biotopo (area delimitata con organismi di specie differenti) costituiscono un ecosistema. Le comunità di organismi differenti formano un biotopo o biocenosi.

Delimitazione di una comunità

Delimitazione di una comunità: le comunità possono essere definite in base a:

• Specie associate ad altre specie (es. bosco di querce).
• Specie presenti in un determinato ambiente (es. lago).

Ecotono: zona di transizione fra due diverse comunità, con rapida sostituzione di specie lungo il gradiente. Continuum: gradiente di caratteri ambientali o di variazione della composizione delle comunità; unità delle comunità ecologiche che descrive i cambiamenti di specie lungo un gradiente (trofico e/o spaziale).

Comunità chiuse e aperte

• Comunità chiuse (Clements 1917): sono unità ecologiche naturali, con confini ben tracciati; c'è discontinuità nella distribuzione delle specie lungo un gradiente.
• Comunità aperte (Gleason 1926): le specie si distribuiscono lungo un gradiente in modo omogeneo, continuo; i limiti della comunità sono arbitrari rispetto alla distribuzione geografica/ecologica delle specie. Esse possono estendere i loro areali (area geografica in cui è distribuita la specie) in altre associazioni (gruppo di specie che vivono nello stesso luogo). Nelle mappe di distribuzione gli areali sono grandi aree che uniscono tutti i biotopi in cui è presente una specie (devono avere determinate caratteristiche che permettono la sopravvivenza della specie).

Le comunità chiuse si ritrovano in presenza di confini oggettivi che le contengono. Es.: transizione fra comunità acquatiche e terrestri, corpi d'acqua lacustri, isole oceaniche, versanti opposti montani, transizione fra diversi suoli, etc.

Si osservano ecotoni distinti tra due associazioni quando:

• L'ambiente fisico varia repentinamente (es. transizione tra comunità acquatiche e terrestri, fra differenti tipi di terreno, fra versanti rivolti a Nord e rivolti a sud; ecotono tra spiaggia e lago).
• Una specie domina a tal punto l'ambiente che il margine del suo areale segna il limite di distribuzione di molte altre specie.

River continuum concept: un sistema fluviale comprende un continuum di condizioni dalla sorgente alla foce, caratterizzato da un aumento dell'estensione del letto e della portata, interconnesso dal movimento di nutrienti e di organismi con le correnti a valle.

Misurare la biodiversità

Misurare la biodiversità è fondamentale perché ci permette di confrontare ambienti differenti, passati e presenti; numero di specie rispetto al passato o ad un altro ambiente. Vado a contare o stimare il numero di specie. Bisogna individuare habitat con un'elevata presenza di specie.

Misurare la diversità (Whittaker, 1960)

Necessità di quantificare la biodiversità: indici quantitativi per descrivere la diversità di specie a diversa scala geografica; gli indici più utilizzati sono:

• α diversità: ricchezza di specie, diversità locale (n° spp. in habitat uniforme).
• β diversità: tra habitat, confronto due aree diverse (turnover tra un habitat e quello successivo).
• γ diversità: regionale (n° spp. in tutti gli habitat) con diversi ecosistemi/habitat es. isola, parco naturale.
• ε diversità: in grandi aree biogeografiche.

Articolo: censimento sugli uccelli nidificanti in diversi gradienti di vegetazione del Mediterraneo, in questo caso sono state calcolate le diversità e l'indice di Shannon-Wiener.

Indice di Shannon-Wiener

L'indice di diversità di Shannon-Wiener stima la biodiversità di una determinata area (tramite conteggi, monitoraggi) poiché non è sempre possibile contare tutte le specie presenti. Indice usato per stimare la biodiversità e tiene conto delle abbondanze relative delle diverse specie presenti in una determina area; ho delle informazioni sulla ricchezza delle specie e su come vengono ripartiti gli individui delle specie. Dà anche una misura della contattabilità delle specie.

H' = Sommatoria S = numero totale di specie rinvenute in campioni rappresentativi p_j = frequenza della specie i-esima = n_i/N n_i = numero di individui della i-esima specie N = numero totale di individui di tutte le specie.

Il parametro N_i di Hill, può essere utile conoscere il numero di specie equidistribuite comuni che sono necessarie per ottenere il valore di diversità osservato. L'indice di Shannon-Wiener è un buon strumento per confrontare due comunità; combina 2 misure: la ricchezza specifica (numero specie entro la comunità) e l'equitabilità (quanto simili in numero di individui sono le singole specie).

Esempio: in un campione di 100 animali con 2 specie, il campione sarà in "equitabilità" se ci sono 50 individui per ciascuna specie; in questo caso avremmo pari probabilità di campionare individui di entrambe le specie. Al contrario se ci sono 99 ind. della specie A e 1 dell'altra non c'è equitabilità. In questo caso se dovessimo campionare 1 individuo è altamente probabile che appartenga alla specie A.

Diversità genica

La variabilità genetica di ogni specie è fondamentale per consentire riproduzione, resistenza alle malattie e adattamento ai cambiamenti ambientali (siccità, malattie, ecc.); vale anche per piante ed animali da allevamento. La diversità genetica consiste nella presenza di geni con diversi alleli, questo è dovuto a:

• Ricombinazione (nel caso di riproduzione sessuata): genera nuove combinazioni genetiche e cromosomiche mediante lo scambio di DNA tra cromosomi omologhi durante la meiosi (crossing over).
• Mutazioni: riorganizzazione casuale degli alleli; avvengono casualmente e danno origine a individui che si riproducono di più o di meno.
• Flusso genico (fonte di variabilità genetica): individuo si sposta da una popolazione ad un'altra e inizia a riprodursi (trasferimento di geni). In natura può essere interrotto da attività umane, distruzione o frammentazione dell'habitat. Es.: nelle popolazioni di mammiferi, i maschi effettuano una dispersione, mentre le femmine rimangono insieme. In questo modo i maschi trasferiscono geni ad altre popolazioni.

Pool genico: insieme dei geni presenti in una popolazione. Genotipo: combinazione di alleli presenti in un individuo. Fenotipo: insieme delle caratteristiche morfologiche, fisiologiche e biochimiche derivanti dall'espressione del genotipo di un individuo in un ambiente.

• Geni polimorfi (aventi più forme alleliche: eterozigote o omozigote) all'interno del pool genico e il numero di alleli per ciascun gene polimorfico.

Comunità e habitat

Biocenosi e ecosistema

Biocenosi (o comunità biologica): l'insieme degli individui di diverse specie che occupano contemporaneamente una certa area e interagiscono fra loro. Ecosistema: comunità biologica insieme al suo habitat (ambiente abiotico); le relazioni tra componente biotica ed abiotica sono strette e complesse. L'ambiente fisico influenza la comunità biologica principalmente attraverso fattori climatici, geologici, idrologici e le popolazioni modificano a loro volta l'habitat (es. umidità, temperatura aria sono influenzate dalle comunità vegetali); gli ecosistemi sono inoltre sistemi aperti (scambiano energia e materia con l'ambiente esterno).

Successione

Successione: graduale cambiamento a cui va incontro una comunità (struttura, composizione, interazioni tra le componenti, relazioni con habitat); alcune specie vivono solo in uno o pochi stadi della successione. Es.: dopo un incendio si sviluppano specie vegetali pioniere che modificano il terreno rendendolo adatto allo sviluppo di nuove specie; nel tempo si forma una foresta. Aveva fatto l'esempio di varie specie di Dendroica (pianta). Es.: arvicola, passero, lepri.

Nicchia ecologica

Nicchia ecologica: specifico set di risorse usato da una specie; è definita dalle sue esigenze verso ciascun fattore ambientale. Ogni componente della nicchia può diventare un fattore limitante riducendo la popolazione. Può essere considerata un Ipervolume (cubo) dove ogni variabile ambientale è uno spazio ecologico a n dimensioni.

La teoria di Hutchinson paragonava due concetti:

• Nicchia potenziale: intervalli delle varie risorse che possono essere usati da una specie in assenza di competitori o altri fattori di disturbo.
• Nicchia realizzata: porzione della nicchia potenziale occupata in una comunità dalla presenza di competitori e altre limitazioni biotiche ed abiotiche.

Esse non corrispondono.

Radiazione evolutiva

Radiazione evolutiva: evoluzione che partendo da un progenitore comune ha dato origine a diverse specie; ogni specie occupa una nicchia specifica che si sovrappone di poco a quella delle altre specie. Es.: Fringuelli delle Galapagos: il becco delle diverse specie si è diversificato tant'è che alcune sono insettivore e altre granivore.

Climax

Climax: stadio finale dell'evoluzione di un ecosistema in una successione ecologica, l'ecosistema ha raggiunto la massima stabilità. La successione continua finché l'aggiunta di nuove specie e l'esclusione di altre non crea più una variazione dell'ambiente della comunità (fattori: irradiamento, temperatura, umidità, sostanze nutritive nel terreno). Il raggiungimento del climax può richiedere tempi lunghi o brevi a seconda dell'habitat (es.: 150 anni bosco di querce, 20-40 anni praterie); i climax inoltre possono essere transitori (stagni stagionali) o ciclici (aree erose dal vento, alberi caduti). Il climax si prolunga finché non subentrano perturbazioni che modificano le condizioni (variazioni climatiche, uragani, incendi, ecc. oppure comparsa di nuove specie). È l'unico punto di relativa stabilità nella successione.

Interazioni tra specie

La composizione delle comunità è influenzata dalla competizione e dalla predazione (una forma particolare di competizione); generalmente la predazione favorisce la coesistenza tra le specie, evitando l'esaurirsi delle risorse e la competizione tra le popolazioni di prede per esse. Le relazioni preda-predatore devono essere considerate poiché le introduzioni possono avere effetti negativi o positivi sull'intera comunità. Es.: aumentano le linci, diminuiscono le prede; se diminuiscono le prede, diminuiscono anche i predatori (poco cibo). Tante prede, tanti predatori, diminuiscono le prede, diminuiscono i predatori, aumentano di nuovo le prede.

Catene alimentari e reti trofiche

Capacità portante: di un ecosistema è il numero massimo di individui di una certa specie che le risorse possono sostenere. In natura la dimensione di una popolazione è spesso inferiore a quella massima consentita dalla capacità portante del sistema perché la specie è tenuta sotto controllo dai predatori. Una popolazione non più controllata dai predatori può crescere fino a superare la capacità portante sfruttando eccessivamente le risorse.

Livelli trofici

• Produttori primari
• Erbivori
• Consumatori primari
• Consumatori secondari
• Consumatori terziari (predatori che si nutrono di altri predatori)
• Detritivori/decompositori (si nutrono da resti animali/vegetali e rifiuti organici; degradano le molecole complesse riducendole a semplici componenti che vengono usati dai produttori primari es. nitrati fosfati vengono assorbiti da piante e animali)