Dinamica delle Dinamica delle popolazionipopolazioni

Caratteristiche di una poplazioneCaratteristiche di una poplazione

• Popolazione – individui della stessa specie che abitano nella stessa area nello stesso momento

• Dinamica della popolazione: I cambiamenti all’interno di una popolazione sono dovuti a– Dimensione della popolazione – numero di individui

– Densità di una popolazione - numero di individui in un certo spazio in un dato momento

– Dispersione della popolazione – pattern spaziale di distribuzione in un habitat

– Struttura dell’età – proporzione di individui in ciascun gruppo di età in una popolazione

Dimensione di una Dimensione di una PopolazionePopolazione

• Natalità

• Mortalità

• Immigrazione

• Emigrazione

Crescita della popolazione

• Una popolazione crescerebbe esponenzialmente se non fosse regolata

Meccanismi di controllo sulla crescita della popolazione

• Variazioni ambientali

• Risorse limitate– Competizione – Selezione naturale

• Self-regulation– Il tasso di crescita rallenta propozionalmente

all’aumento degli individui di una popolazione

Densità di una popolazione

• quantità di individui in una popolazione per unità di area dell’habitat– Alcune specie esistono ad alte densità - tonni– Altre specie esistono a basse densità – balene

• Dipende da– comportamento sociale della popolazione– accoppiamento– periodo dell’anno

Struttura dell’etàStruttura dell’età• La struttura dell’età di una popolazione,

rappresentata solitamente da un grafico, indica se crescerà, diminuirà o non subirà variazioni.

• La popolazione è suddivisa in preriproduttiva, riproduttiva e postriproduttiva

Age Structure DiagramsAge Structure DiagramsPositive Growth Zero Growth Negative Growth (ZPG)Pyramid Shape Vertical Edges Inverted Pyramid

•Carrying Capacity

capacità portante dell'ambiente

Potentiale BioticoPotentiale Biotico

Fattori abiotici favorevoli:

• Luce

• temperatura

• Disponibilità di nutrienti

– Fattori biotici:

• Tasso riproduttivo

• Nicchia generalizzata

• Capacità di migrare o disperdersi

• Adeguati meccanismi di difesa

• Capacità di superare condizioni avverse

Fattori abiotici sfavorevoli :• Luce

• temperatura

• Non disponibilità di nutrienti

– Fattori biotici sfavoravoli:

• Tasso riproduttivo basso

• Nicchia specializzata

• Incapacità di migrare o disperdersi

• Indeguati meccanismi di difesa

• Incapacità di superare condizioni avverse

Capacità di una popolazione di aumentare di dimensione

• Potentiale Biotico (r)Potentiale Biotico (r)

– in condizioni ideali, una popolazione potenzialmente cresce in modo esponenziale

• Resistenza ambientaleResistenza ambientale

– Influenzano le giovani generazioni di una popolazione, impedendo loro di raggiungere la maturità sessuale

Accrescimento di una Accrescimento di una popolazionepopolazione

• La crescita di una popolazione (Pop) dipende da – Tasso di nascita (b).– Mortalità (d).– Tasso di immigrazione (into area) (i).– Tasso di emigrazione (exit area) (e).

Pop = Pop0 + (b + i) - (d + e)

ZPG (crescita zero) (b + i) = (d + e)

Accrescimento di una Accrescimento di una popolazionepopolazione

• Due tipi di crescita:– Esponenziale

• Curva J-shaped

• La crescita è indipendente dalla densità della popolazione

– Logistica • curva S-shaped

• La crescita è dipendente dalla densità della popolazione

Exponential Growth GraphExponential Growth Graph

dove r è detto tasso di crescita istantaneo, o tasso intrinseco di crescita della popolazione.

Exponential GrowthExponential Growth

• Tutte le popolazioni di organismi hanno la capacità di crescere in modo esponenziale, ma non tutti la realizzano

Crescita esponenziale: modello irrealistico

Es. Balene

r = 0.365

Anno Numero individui

0 50

1 72

2 104

3 150

10 1924

50 4.2 10 9

100 3.6 10 17

200 2.5 10 33

Peso superiore

a quello

della Terra!

Carrying Capacity (K)Carrying Capacity (K)

• La curva esponenziale non è realistica dovuta alla “carrying capacity” di un’area

• La “carrying capacity”: numero di individui che possono vivere in un determinato habitat senza compromettere la futura capacità dell’habitat di supportare la vita. Quando il numero di individui di una certa popolazione supera la capacità dell’habitat si parla di sovrappopolazione.

Crescita logisticaCrescita logistica• In conseguenza alla resistenza ambientale, la

crescita della popolazione diminusce appena la densità raggiunge la carrying capacity

• Il grafico che rappresenta la curva di crescita individui/tempo diventa sigmoide (S-curved)

• Lo scarto temporale del periodo riproduttivo causa una diminuzione della popolazione

• La popolazione non sarà in uno stato stazionario, dovuto alle risorse (prede) e predatori

• Caratteristiche di una popolazione

• Carrying Capacity

• Strategie riproduttive

Strategie riproduttiveStrategie riproduttive• Lo scopo di ogni specie è di produrre il

massimo di progenie possibile.• Ogni individuo ha una quantità limitata di

energia per vivere e riprodursi• Compromesso tra lunga vita o alto tasso

riproduttivo• La Selezione Naturale ha condotto verso

due strategie riproduttive: r - e K -

Organismi a strategia r-Organismi a strategia r-• Spendono la

maggior parte della loro vita accrescendosi in modo esponenziale

• Alto tasso riproduttivo

• Vita breve

r Strategher Strateghe

• Molta progenie di piccole dimensioni • Poche o nessuna cura parentale e protezione della progenie• Precoce età riproduttiva• La maggior parte della progenie muore prima di raggiungere

l’età riproduttiva• Adulti di piccole dimensioni• Adattati a climi e condizioni ambientali instabili.• Alto tasso di crescita della popolazione• Le dimensioni della popolazione fluttuano enormemente sopra

e sotto la carrying capacity • Specie generaliste• Bassa capacità di competizione• Specie pioniere di habitat disturbati, specie seriali precoci

K - StrategheK - Strateghe

• Mantengono la popolazione alla carrying capacity (K)

• Massima durata della vita

K- StrategheK- Strateghe• Poca e grande progenie• Molte cure parentali e protezione della progenie• Età riproduttiva tardiva• La maggior parte della progenie sopravvive fino all’età

riproduttiva• Adulti di grandi dimensioni• Adattati a climi e condizioni ambientali stabili• Basso tasso di crescita della popolazione • Le dimensioni della popolazione sono stabili e vicini alla

carrying capacity (K)• Specie specialiste• Alta capacità di competere• Specie seriali tardive

Curve di sopravvivenzaCurve di sopravvivenza• Mortalità tardiva: K-strateghe producono pochi

giovani e li curano finché non raggiungono l’età della riproduzione. Mortalità giovanile ridotta.

• Perdite costanti: tipico delle strategie riproduttive intermedie con mortalità costante in tutte le fascie di età

• Mortalità precoce: r-strateghe con molta prole, alta mortalità infantile, alta sopravvivenza solo quando raggiungono una certa dimensione ed età

Curve di sopravvivenza

Tre tipi di curve:

• Mortalità tardiva (usualmente K–strateghe), alta mortalità negli stadi tardivi del ciclo vitale;

• Perdite costanti mortalità è più o meno la stessa in ogni fase;

• Mortalità precoce (usualmente r–strateghe), alta mortalità giovanile.

Un modo per analizzare l’andamento della mortalità in funzione dell’età è rappresentato dalle curve di sopravvivenza. Sono grafici che riportano in ascissa

la sopravvivenza ed in ordinata il tempo (età). 

Strategie di adattamento

• In un ambiente scarsamente affollato o mutevole (soggetto a uragani. stress etc.) le pressioni selettive favoriscono specie con elevato potenziale riproduttivo

(Specie r—strateghe ) alta resilienza*, bassa resistenza

In un ambiente affollato o fisicamente stabile le pressioni selettive favoriscono specie con basso potenziale riproduttivo ma elevate possibilità di utilizzo delle risorse

(Specie K—strateghe) alta resistenza, bassa resilienza

*capacità di adattarsi ai cambiamenti e affrontare situazioni avverse

Specie specialiste e generaliste.

Le prime hanno nicchie limitate, possono vivere in un solo tipo di habitat, si nutrono di un solo tipo di cibo e sono molto

sensibili alle variazioni dei fattori ambientalie climatici.

I generalisti sono gli organismi che hanno nicchie ampie e grande capacità di adattamento.

Granchio reale

successione ecologica.• La successione ecologica è una

sequenza continua di modificazioni delle componenti biotiche e abiotiche di un'area;

• La sequenza delle comunità che via via si sostituiscono nell'ecosistema è detta "serie" e sono definiti "stadi seriali" le diverse fasi di transizione.

• Le comunità che si succedono partono da una comunità pioniera, fino ad una comunità che presenta un certo grado di stabilità (comunità climax)

Ricci di mare

Nereocystis

Laminaria groenlandica

Dinamica degli ecosistemi

EVOLUZIONE DI UN ECOSISTEMA

• L'evoluzione ecosistemica culmina con una fase detta CLIMAX per raggiungere la quale si succedono una serie di passaggi graduali (stati serali).Lo stadio finale CLIMAX, dinamicamente stabile, persiste finché non intervengano grosse perturbazioni esterne.

popolazione

crescita

MortalitàM+Friproduzione

reclutamento

Una popolazione è data dall’equilibrio di diversi

fattori che ne determinano dimensione, crescita o

declino.

• reclutamento: ingresso dei nuovi nati nella popolazione• crescita: aumento di biomassa (B) per la crescita dei singoli individui• mortalità: riduzione legata agli animali che muoiono, M morte naturale o per predazione, F pesca

Stock: indica la frazione sfruttabile della popolazione, quella cioè prelevabile con gli attrezzi da pesca.

Popolazione e stock ittico

•In una condizione di equilibrio (stock non pescato) il reclutamento annuale è bilanciato dalle perdite dovute alla mortalità naturale•Nell’istante in cui introduciamo la mortalità da pesca, aumenta la mortalità… ma anche i metodi di reclutamento!

•Diminuendo il valore della biomassa B mediante catture, aumenterà il tasso di crescita della popolazione, T.•Il meccanismo di prelievo da un aumento del tasso di crescita rispetto alle condizioni normali , questo è la surplus production.

T

B0

Stock: indica la frazione sfruttabile della popolazione, quella cioè prelevabile con gli attrezzi da pesca

MSY

MSY

surplusproduction

B

prelievo

sforzo

La surplus production è massima a ½ B, se il prelievo continua oltre questo punto l’equilibrio si rompe, la popolazione non è più in grado di compensare e comincia a diminuire.

MSY=1/2 B è il massimo rendimento sostenibile.

Con sforzo di pesca si intende l’insieme degli attrezzi e del tempo impiegati per catturare un quantitativo di pesce in un’area.

Fino al raggiungimento del MSY, aumentando lo sforzo di pesca aumenterò le catture. Oltre il MSY lo sforzo di pesca sarà eccessivo, la popolazione non riesce più a riequilibrare il prelievo e inizierà a diminuire (overfishing).

La riduzione dello sforzo di pesca è ciò che si ottiene con il riposo biologico.

Biologia della conservazione

• Utilizzo rispettoso delle risorse naturali da parte dell’uomo

• Nato nel 1970 in risposta al problema della conservazione della biodiversità

• Dedicato alla protezione dell’ecosistema e per prevenire l’estinzione prematura delle specie.

Biologia della conservazione

• 3 principi3 principi1. La biodiversità e l’integrità ecologica sono utili e

necessari per tutti le forme viventi e non deve esere ridotta dall’attività umana

2. Gli esseri umani non dovrebbero causare l’estinzione prematura di popolazioni o specie, o distruggere i processi ecologici vitali

3. Il modo migliore di conservare la biodiversità e l’integrità ecologica è mantenere inatto l’ecosistema per fornire sufficienti habitat

Impatto umanoImpatto umano

• Frammentazione e distruzione degli habitat

• Semplificazione degli ecosistemi• Rafforzamento di specie di batteri

patogeni causato dall’uso eccessivo di pesticidi

• Eliminazione di alcuni predatori

Impatto umanoImpatto umano

• Introduzione di nuove specie accidentale o volontaria

• Sovrasfruttamento di risorse potenzialmente rinnovabili

• Interferenza con il normale ciclo chimico e flusso di energia in un ecosistema