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Introduzione alla Biodiversità Introduzione alla Biodiversità e presentazione di alcuni casi di e presentazione di alcuni casi di 

studiostudio A cura di Clara Tattoni

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Che cos'è?Che cos'è?

1985  W.G. Rosen 

diversità, varietà,  delle forme viventi sulla terra● Diversità  di una POPOLAZIONE  o genetica   (sub­α)

● Diversità delle SPECIE in un habitat  (α)

● Diversità degli HABITAT (β )

● Diversità  tra habitat  o BIOGEOGRAFICA (γ)  

α∗β = γ

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Importanza per l'uomoImportanza per l'uomo

● risorse biologiche

– alimentazione, medicina, legname● servizi ecologici

– regolazione di clima, ciclo dell'acqua e dei nutrienti, tutela del suolo

● valore  ricreativo● valore culturale

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legislazionelegislazioneCONFERENZA DI RIO 1992“Scientific uncertainty should not delay measures to prevent irreversible damages”

DIRETTIVE CEE92/43/CEE “Habitat”  Specie prioritarie

79/409/CEE “Uccelli”

Rete ecologica europea “Natura 2000”: 

“...la cui funzione è quella di garantire la sopravvivenza a lungo termine della biodiversità presente sul continente europeo.” 

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specie viventi descrittespecie viventi descritte45000

270000

70000

*1085000 Artropodi

80000 

*

*

25000

72000

4000

4000

1,7 milioni!

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...fino ad oggi...fino ad oggi

● anni `80: 460 nuove specie in fondo all'Altantico● fine anni 1980 in tutti i mari: picoplancton● 1991: 130 nuove specie si scarafaggio in Guyana● migliaia di nuovi batteri● fine 1990 tre famiglie di piante da fiore in 

centroamerica● 2005 nuovo carnivoro nel Borneo● 2006 uccelli e mammiferi in nuova Guinea...● 2007 nuovo leopardo nel Borneo

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..gli ultimi arrivati..gli ultimi arrivati

Repubblica 7/2/06

Repubblica 6/12/05

Repubblica 2004

Reuters 2007

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ma quanti sono?ma quanti sono?

forse 10 0000,  stime tra 5 e 50 milioni di specie

Le poche certezze:● molte specie sono sconosciute

– diversità tra phylum, regioni etc ● la diversità segue delle regole biogeografiche che si 

possono studiare● la questione della conservazione della diversità si può 

 risolvere comunque, anche senza una conoscenza esaustiva

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misurare la diversitàmisurare la diversità

● BIODIVERSITÀ non è solo il numero di specie● Diversità specifica

– Numero di specie– Distribuzione relativa 

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misurare la diversitàmisurare la diversità●  Indice di  diversità di Simpson >0

● Indice di Shannon e Weiner­Eterogeneità 0­logS

● Uniformità (Eveness) H 0­1

i specie, K, S=numero di specie

probabilità di scegliere a caso la specie i

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EsempioEsempio● Habitat A  7 specie 14 ind.           Habitat B  7 specie 14 ind.

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esempioesempiospecie

Pi Pi^2 Pi Pi^21 2 0.14 0.02−0.28 8 0.57 0.33−0.322 2 0.14 0.02−0.28 1 0.07 0.01−0.193 2 0.14 0.02−0.28 1 0.07 0.01−0.194 2 0.14 0.02−0.28 1 0.07 0.01−0.195 2 0.14 0.02−0.28 1 0.07 0.01−0.196 2 0.14 0.02−0.28 1 0.07 0.01−0.197 2 0.14 0.02−0.28 1 0.07 0.01−0.19

Simpson 7 2.8Shannon 1.95 1.45Eveness 1 0.75ln7=1.95S=7

individui

comunità A

individui

comunità B

PilnPi

PilnPi

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Numero massimo di specieNumero massimo di specie

DUE APPROCCI

1) Tetto alla massima diversità possibile (n° di specie) che coincide con il n° di nicchie ecologiche potenziali

2) L’evoluzione crea nuove nicchie, pertanto il numero di specie può aumentare senza limite

Lo studio degli andamenti del passato sembra confermare entrambe le ipotesi

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un equilibrio dinamicoun equilibrio dinamico

●  La Biodiversità è un processo dinamico dipendente da

– speciazione– estinzione– immigrazione– emigrazione

● Pattern di diversità

– latitudinale– dmensioni delle isole

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Diversità e estinzioniDiversità e estinzioniIpotesi: specie marine viventi=200.000fossile più antico: 650 mil annidurata media specie: 5 mil anni(650/5) X 200.000/2 = 13.000.000specie marine vissute sino ad ora

Limite: capacità di discriminare le speciepaleontologi neontologi

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teorie a confrontoteorie a confronto● Diversità illimitata

– Continuo aumento di diversità dopo la grande estinzione di massa del Permiano.

– Il numero di specie possibili non presenta un limite massimo perchè le nicchie occupate sono sempre meno di quelle ipotizzabili (nicchia dei “serpenti erbivori”)

● Diversità limitata– Massima diversità=popolazioni piccolissime (P)– Limite  sotto il quale le estinzioni sono maggiori delle 

speciazioni,– esiste quindi anche un numero critico di specie (Sc) che– rappresenta l’equilibrio.

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Storia della biodiversitàStoria della biodiversità● Estinzioni

– Le specie estinte costituiscono il 99.5% delle specie comparse sulla terra.

– Esiste quindi un turnover di specie le quali hanno, mediamente,

– un’esistenza variabile da 1 a pochi milioni di anni a seconda dei gruppi sistematici

● Studio dei resti fossili

– invertebrati marini 10 milioni di anni– mammiferi 1­ 2 milioni di anni

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Tipi di estinzione Tipi di estinzione 

● Normali  Locali o Globali (turnover delle specie)● Di massa (diversi taxa)● Catastrofiche (diversi taxa in pochi milioni di anni)

In condizioni di equilibrio le specie che si avvicendano nel tempo sono vicarianti ecologici (cambiano le specie ma non i ruoli).

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EsempioEsempio

Normale turnover● Con sostituzione: cambiano le specie ma non i ruoli 

ecologici

– Tilacino ­­> Dingo– Dinosauri ­­> Mammiferi

● Senza sostituzione: – Ammoniti– Trilobiti

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TurnoverTurnover

Più probabile per specie con:• areali piccoli e/o popolazioni ridotte• posizione elevata nelle catene trofiche• specializzazione elevata• ciclo biologico lungo• grandi dimensioni

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Estinzioni di massaEstinzioni di massa

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Ipotesi sulle estinzioni di massaIpotesi sulle estinzioni di massa

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Casualità ed estinzioniCasualità ed estinzioni

● Le estinzioni di massa sembrano soggiacere a leggi stocastiche

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EsempioEsempio

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Estinzione  in corso?Estinzione  in corso?

● Perdita di specie molto elevata 3 specie all'ora● CAUSE

– riduzione dell'habitat● distruzione diretta● frammentazione

– introduzione di specie alloctone– alterazione dell'habitat (inquinamento)– sfruttamento o persecuzione di singole specie

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Estinzioni pleistoceneEstinzioni pleistoceneEurasia (presenza antica dell’uomo): estinzioni in tempi lunghi (10 -40.000 anni)

Nordamerica (presenza dell’uomo recente): estinzioni in tempi brevi(10.000 anni)

Africa (presenza antica dell’uomo ma assenza di glaciazioni):assenza di estinzioni pleistoceniche

grande mammifero = peso > 40 kg

Eurasia estinti 11 su 43 (26%)Nordamerica estinti 38 su 54 (70%)Africa estinti 4 su 56 (7%)

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Spirale dell'estinzioneSpirale dell'estinzione

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Estinzioni nel 2004Estinzioni nel 2004http://www.iucn.org

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Gradiente latitudinaleGradiente latitudinale…perchè è massima ai tropici?● Tempo● Eterogeneità spaziale● Competizione● Predazione● Stabilità climatica● Produzione● Disturbo moderato● Cambiamento graduale● Uguaglianza delle opportunità

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IpotesiIpotesi● Tempo: tutte le comunità tendono a diversificare nel corso del tempo (lago Bajkal)

● Eterogeneità spaziale: in relazione a fattori di macro e micro scala (massima nelle zone tropicali)

● Competizione: rende massima la diversità a differenza delle costrizioni fisiche

● Predazione: elevato numero di predatori (insieme ai parassiti) ai tropici che favorisce la diversità (pressioni ambientali)

● Stabilità climatica: Il clima tropicale garantisce costanza nelle risorse. Ciò causa principalmente eventi sincronici che fanno risultare le nicchie molto strette (coesistenza di molte specie)

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ipotesiipotesi● Produzione: A parità di condizioni la diversità è maggiore in relazione alla maggior produzione di biomassa

● Disturbo moderato: Condizioni stabili = poche specie con maggior fitness Stress eccessivi = poche specie adattabili

● Disturbi moderati = maggior diversità a causa delle condizioni volta per volta favorevoli a specie diverse e troppo poco limitanti per eliminare gruppi sistematici

● Cambiamento graduale: Molti cambiamenti periodici sono troppo rapidi per determinare una situazione di stabile vantaggio per una certa specie, così molti organismi diversi coesistono

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Biogeografia insulareBiogeografia insulare

● Teoria di MacArthur e Wilson 1967 la ricchezza specifica:

–  è maggiore sulle isole di grandi dimensioni rispetto a quelle piccole

● effetto ambiente e popolazione– è maggiore sulle isole vicine al continente rispetto a 

quelle lontane– dipende dal tasso di immigrazione e di estinzione

● teoria dimostrata in molti casi (Krakatoa, isole Keys Florida)   

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conseguenzeconseguenze

● Aree naturali di habitat sono ormai ridotti a isole, sparsi in una estensione di coltivazioni, aree ubane etc...

● Instituzione di un'area protetta

– superficie– forma– distanza da altre aree protette

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Relazione specie/areaRelazione specie/area

● Vari casi di studio  hanno portato alla proposta della seguente relazione

S=C*A^z

S=numero di specie

A=area

C=costante

0.15  < z < 0.3  specie vagili    o sedentarie

riduzione area del 10% numero di specie si dimezza  

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Conservazione della diversitàConservazione della diversità

● Ex SITU

– Piante● banche genetiche

– giardini– crioconservasione di semi– conservazione in vitro 

– Animali● giardini zoologici (inbreeding)

● IN SITU

– Istituzione di aree protette e reti ecologiche

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Progettazione aree protetteProgettazione aree protette

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Progettazione aree protetteProgettazione aree protette

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organizzazione di un'area protettaorganizzazione di un'area protetta

Suggerimento UNESCO per una riserva della Biosfera

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organizzazione di un'area protettaorganizzazione di un'area protetta

Suggerimento UNESCO per una riserva della Biosfera

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Reti ecologicheReti ecologiche