Dimensione della popolazione

Dinamica delle
popolazioni
Caratteristiche 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
Popolazione
• 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’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 Diagrams
Positive Growth
Pyramid Shape
Zero Growth
(ZPG)
Vertical Edges
Negative Growth
Inverted Pyramid
•Carrying Capacity
capacità portante
dell'ambiente
Potentiale Biotico
Capacità di una popolazione di aumentare di dimensione
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
• Potentiale Biotico (r)
– in condizioni ideali, una popolazione
potenzialmente cresce in modo
esponenziale
• Resistenza ambientale
– Influenzano le giovani generazioni di una
popolazione, impedendo loro di
raggiungere la maturità sessuale
Accrescimento di una
popolazione
• 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
popolazione
• 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 Graph
dove r è detto tasso di crescita istantaneo, o
tasso intrinseco di crescita della popolazione.
Exponential 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
Peso superiore
a quello
della Terra!
Anno
0
1
2
3
10
50
100
200
Numero individui
50
72
104
150
1924
4.2 10 9
3.6 10 17
2.5 10 33
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 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 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• Spendono la
maggior parte della
loro vita
accrescendosi in
modo esponenziale
• Alto tasso
riproduttivo
• Vita breve
r 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 - Strateghe
• Mantengono la
popolazione alla
carrying capacity
(K)
• Massima durata
della vita
K- 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 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
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).
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.
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 ambientali
e climatici.
I generalisti sono gli organismi che hanno nicchie ampie e
grande capacità di adattamento.
Granchio reale
Dinamica degli ecosistemi
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
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.
reclutamento
Popolazione e stock ittico
crescita
Una popolazione è data
dall’equilibrio di diversi fattori che
ne determinano dimensione,
crescita o declino.
popolazione
riproduzione
Mortalità
M+F
• 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.
•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!
T
0
B
•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.
Stock: indica la frazione sfruttabile della popolazione, quella cioè
prelevabile con gli attrezzi da pesca
surplus
production
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
MSY=1/2 B è il massimo rendimento
sostenibile.
B
prelievo
MSY
sforzo
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 principi
1. 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 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 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