Studio scientifico delle interazioni tra gli organismi ed il loro ambiente (Haeckel)

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1 Principi di Ecologia Dipartimento di Biologia Animale-Università di Pavia Dott. Nicola Gilio

2 Definizioni di ecologia Studio scientifico delle interazioni tra gli organismi ed il loro ambiente (Haeckel) Studio scientifico delle interazioni che determinano la distribuzione e l abbondanza degli organismi (Krebs) Livelli di studio dell ecologia Organismo: l ecologia si occupa del modo in cui i singoli organismi vengono influenzati (ed influenzano) il loro ambiente biotico ed abiotico. Popolazione: l ecologia si occupa della presenza o assenza delle specie, della loro abbondanza o rarità, delle tendenze e delle fluttuazioni dei loro individui (dinamica, distribuzione..) Comunità: composizione e struttura delle comunità, vie seguite dall energia, dalle sostanze nutritive e dalle altre sostanze nell attraversarle. Ecosistema: interazioni tra la comunità biologica e l ambiente fisico (visione globale)

3 Popolazione Un gruppo di organismi della stessa specie (o gruppi di individui tra cui è possibile lo scambio di informazioni genetiche) che occupano una determinata area. (Odum, 1959) Una popolazione possiede caratteristiche o attributi biologici che condivide con gli organismi che la compongono: come un organismo essa si mantiene, si accresce e si differenzia. Possiede inoltre caratteristiche proprie o attributi di gruppo tipici della popolazione come gruppo: natalità, mortalità, rapporto di età, ecc.

4 Struttura e dinamica di popolazione Struttura : la struttura di una popolazione viene ricavata da osservazioni puntiformi e fornisce informazioni descrittive (grandezza numerica, struttura per età, rapporto sessi ) Dinamica : la dinamica di popolazione studia la popolazione nello spazio e nel tempo

5 Attributi fondamentali popolazione Proprietà strutturali Densità Distribuzione classi di età Rapporto sessi Dispersione - distribuzione spaziale Proprietà dinamiche Natalità Mortalità Immigrazione Emigrazione

6 Struttura di popolazione Densità : dimensione della popolazione in relazione all unità di spazio (n.individui, biomassa) > dimensioni > densità > biomassa

7 Densità Densità aspecifica n.ind (biomassa)/unità area tot Densità ecologica o specifica: n.ind (biomassa)/unità habitat Indici di abbondanza es. IKA

8 Misurazione della densità Cattura ricattura: gli individui liberati dopo essere stati catturati e marcati, si distribuiscono in maniera uniforme nella popolazione. Il numero di individui marcati catturati nuovamente sarà proporzionale alle dimensioni della popolazione. M= marcati N= popolazione totale C= catturati R= ricatturati Indice di Lincoln R / C = M / N

9 Misurazione della densità Conte totali: applicabili a organismi grossi o facilmente individuabili in aree piccole Aree campione: aree rappresentano tutti gli ambienti e le proporzione con cui sono presenti Es. censimenti in battuta Strip census : conteggio in aree o lungo itinerari separati

10 Densità effettiva e struttura di popolazione negli Ungulati Vantaggi: Discreta sedentarietà Buona contattabilità Censimenti esaustivi Censimenti aree campione Osservazioni standardizzate Densità assoluta Indici di abbondanza relativa Raccolta dati struttura per classi di età e sesso Classe 0: nati dell anno; Classe I: giovani 1 anno compiuto, immaturi fisicamente e socialmente; Classe II: soggetti fisicamente maturi ma immaturi socialmente; Classe III: soggetti completamente maturi, riproduttori; Classe IV: anziani. Particolare importanza: Classe 0: valutazione tasso di natalità Classe I: valutazione tasso sopravvivenza classe o al primo inverno Serie storiche: valutazione tendenze delle popolazioni

11 Distribuzione classi di età

12 Dispersione intrapopolazione Distribuzione casuale: - ambiente uniforme - molti fattori di piccola entità - no tendenze all aggregazione Distribuzione uniforme: - forte competizione Distribuzione raggruppata: - pochi fattori importanti - tendenze all aggregazione

13 Aggregazione Differenze locali dell habitat Variazioni fattori climatici Fenomeni riproduttivi Attrazione sociale Conseguenze: aumento della competizione intraspecifica (risorse trofiche,spazio, ecc.) controbilanciata dall aumento della sopravvivenza. Isolamento e territorialità Competizione per le risorse Antagonismo diretto Conseguenze: diminuzione della competizione intraspecifica e aumento della privacy per le specie con cicli riproduttivi complessi. Home-range: area all interno della quale si svolgono le principali attività dell individuo, della coppia o del gruppo. Possibile sovrapposizione. Territorio: area che viene attivamente difesa dall individuo o dalla coppia. Poco o affatto sovrapposti.

14 I Immigrazione Dinamica di popolazione B Natalità POPOLAZIONE E Emigrazione Mortalità B+I = D+E B+I > D+E B+I < D+E D Popolazione in equilibrio Popolazione in crescita Popolazione in decremento Equazione fondamentale della dinamica di popolazione per quantificare le variazioni N t+1 = N t +B+I -D-E

15 Natalità Natalità: è la capacità intrinseca di una popolazione di accrescersi Natalità massima (fisiologica): è la produzione massima teorica di nuovi individui (assenza di fattori limitanti quali competizione, effetto densità, scarsità risorse trofiche, ecc.) - K per una determinata popolazione Natalità effettiva (ecologica o realizzata): accrescimento in condizioni reali e specifiche - non è una costante (dimensioni, composizione e condizioni ambientali)

16 Natalità effettiva Natalità assoluta o aspecifica Numero di nuovi individui in un determinato intervallo di tempo n nati / t Natalità relativa o specifica Numero di nuovi individui in un determinato intervallo di tempo, per unità di popolazione n nati / N*t Natalità età-specifica Natalità reale differenziata per classi di età esempio nel capriolo femmine 2 anni (primipare) = 1 piccolo femmina >2 anni = 2 piccoli

17 Mortalità Mortalità : numero di individui che muoiono in una popolazione in un dato tempo Minimo teorico di mortalità: n morti / t n morti / N*t numero di morti in condizioni ideali e non limitanti (assenza di fattori limitanti quali competizione, effetto densità, scarsità risorse trofiche, ecc.) -K per una determinata popolazione -longevità fisiologica >> longevità ecologica Mortalità effettiva (ecologica o realizzata): perdita di individui in condizioni reali e specifiche - non è una costante (dimensioni, composizione e condizioni ambientali)

18 Mortalità Tasso di sopravvivenza : se esprimo la mortalità come frazione o come percentuale 1 - M oppure M% Mortalità età-specifica: mortalità differenziata per classi di età

19 Curve di sopravvivenza Rappresentazione grafica delle probabilità di sopravvivenza di un individuo

20 Concetto di velocità Velocità media N N / t N / N * t Variazione N. individui Velocità di accrescimento Velocità specifica di accrescimento Velocità istantanea dn / dt Velocità istantanea di accrescimento dn / N *dt Velocità istantanea specifica di accrescimento

21 Confronto curva di accrescimento e di velocità di accrescimento

22 In condizioni non limitanti Massima velocità specifica di accrescimento = r o coefficiente istantaneo di accrescimento della popolazione r = dn / N *dt N t = N 0 e rt lnn t = lnn o + rt r = lnn t - lnn o t r = b -d b = natalità specifica istantanea d = natalità specifica istantanea r non è una costante per una specie ma lo è per una popolazione (dimensioni, struttura per età, sessi...)

23 In condizioni non limitanti struttura di popolazione stabile e stazionaria r max Potenziale biotico Velocità intrinseca dell aumento naturale Potenziale biotico o riproduttivo la proprietà intrinseca degli organismi di riprodursi e sopravvivere, cioè aumentare di numero. Essa è una specie di somma algebrica del numero di individui prodotti ad ogni generazione, del numero di riproduzioni in un dato periodo di tempo, del rapporto sessi e della capacità generale di sopravvivere in certe condizioni fisiche. (Chapman, 1928)

24 In condizioni naturali Velocità accrescimento -r max Resistenza ambientale Fattori limitanti Generale Fattori fisici Disponibilità limitata delle risorse Predazione Competizione intrespecifica e intraspecifica Parassitismo. Ungulati Disponibilità trofica Fattori climatici (stambecco camoscio) Malattie parassitismo Predazione (?)