ZOOLOGIA APPLICATA III anno SAN - 6 CFU annuale - Docenti Sebastiano Salvidio Andrea Marsan (lezioni integrative) ...

ZOOLOGIA APPLICATA
   III anno SAN – 6 CFU annuale

                  Docenti
Sebastiano Salvidio salvidio@dipteris.unige.it

     Andrea Marsan (lezioni integrative)
         marsan@dipteris.unige.it

Popolazione

Zoologia        Ecologia

Concetto di popolazione
         dal punto di vista ecologico

Insieme degli individui di una stessa specie che
convivono nello stesso ambiente, interagiscono
tra loro condividendone le risorse.

Dal punto di vista genetico gli individui hanno
concrete possibilità di incrociarsi tra loro e
trasmettere i loro caratteri ereditari alla
discendenza.

Concetto di popolazione
         dal punto di vista ecologico

Una specie può essere costituita da un’unica
popolazione panmittica, oppure da più
popolazioni locali separate geograficamente
ma che scambiano individui e materiale
genetico.

In questo caso le singole sotto-popolazioni
vengono definite demi.

Principali caratteristiche della popolazione

• Abbondanza o consistenza (N) di una
popolazione: numero totale di individui
• Densità di una popolazione: numero di
individui per unità di superficie (N / area)
• Distribuzione di una popolazione: modalità
con cui gli individui si distribuiscono sul territorio

• Biomassa: massa (peso) di sostanza vivente
  di una popolazione

• Dinamica di popolazione: modalità con cui le
  popolazioni variano nel tempo, per quanto
  riguarda l’abbondanza, la diffusione e la
  struttura demografica

Abbondanza o consistenza

In Italia, la consistenza della popolazione di Orso
bruno marsicano (Ursus arctos marsicanus) è
stimata a circa 50 individui

Densità

Cervo della Virginia (Odocoileus virginianus)

Densità

Densità
Densità aspecifica, riferita alla superficie
del territorio occupato nel suo complesso:
in Italia 50 orsi marsicani

Densità specifica, riferita alla
superficie occupata dalla popolazione
nell’habitat preferenziale: nel Parco
d’Abruzzo ci sono 50 orsi per 500 km2
= 1 orso ogni 10 km2

Distribuzione

         Casuale o random

          Uniforme o regolare

          Aggregata

Le distribuzioni vengono classificate in base alla loro
varianza, dopo aver diviso il territorio in celle di ugual
superficie

La varianza (σ2 = scarto quadratico medio) è un indice
statistico di variabilità (o dispersione) del sistema

                                 σ2 = varianza
                                 X = abbondanza nella cella
                                 μ = abbondanza media delle celle
                                 N = numero totale celle

Distribuzione casuale: la collocazione spaziale di un
individuo non è influenzata dalla presenza o assenza
degli altri individui conspecifici e dalle risorse
disponibili.

Questa distribuzione è caratterizzata dalla varianza
simile alla media.

                               σ2 ≈ μ

Distribuzione uniforme: la collocazione spaziale di un
individuo è negativamente influenzata dalla presenza di
individui conspecifici

Questa distribuzione è caratterizzata dalla varianza
inferiore alla media.

                               σ2 < μ

Distribuzione aggregata: la collocazione spaziale di un
individuo è positivamente influenzata dalla presenza di
individui conspecifici

Questa distribuzione è caratterizzata dalla varianza
superiore alla media.

                               σ2 > μ

rara in natura

animali coloniali o
territoriali

animali sociali

rara in natura

Alcuni animali fossori
presenti nei fondali marini
Pinna nobilis

animali coloniali o
territoriali

Sula bassana: uccelli
coloniali o territoriali
(anche solo in
determinati periodi del
ciclo riproduttivo)

animali sociali, che
vivono in gruppi
familiari o branchi

Formica rufa

Distribuzione a livello dei singoli
individui: aggregata

Distribuzione a livello dei
formicai: uniforme

Le strategie di campionamento (studio delle preferenze
ambientali, stima dell’abbondanza…) dipendono dalla
distribuzione degli organismi
                                Organismi con distribuzione casuale
                                o uniforme vengono campionati
                                (raccolti, catturati, osservati) con un
                                disegno di campionamento casuale
                                o random

L’intero territorio viene diviso in celle di uquali dimensioni e
quelle da analizzare vengono scelte estraendo a caso

Nel caso di organismi con distribuzione
aggregata il campionamento avviene con un
disegno di campionamento sistematico

        L’intero territorio viene diviso in celle
        di uquali dimensioni e si procede a
        campionare le celle secondo un
        ordine stabilito: nell’esempio si
        campiona una cella ogni 4
        spostandosi a destra. Si estrae a
        caso solo la cella iniziale

Nel caso di organismi che vivono in habitat
chiaramente differenti (bosco e prateria,
zone agricole e naturali, collina e pianura…)
il disegno di campionamento utilizzato sarà
di tipo stratificato

         In questo caso si misurano le
         estensioni dei due habitat e si
         procede a campionare entrambi in
         relazione alle loro percentuali.
         Nell’esempio si estraranno a caso
         due celle nell’habitat rosso e tre in
         quello bianco.

Biomassa
Valore del peso di una popolazione (peso fresco o
secco). Concetto utilizzato in ecologia di base e nei
sistemi ecologici sfruttati a fini economici (stock ittici…)

Dinamica di popolazione
Cambiamento nel tempo e nello spazio della
consistenza e struttura demografica

Le variazioni di abbondanza (consistenza) nel tempo
dipendono dall’accrescimento che varia in funzione di:
• Natalità
• Mortalità
• Emigrazione
• Immigrazione

Una popolazione ideale ha un accrescimento teorico di
tipo esponenziale descritto dall’equazione:

N(t) = N(0) ert

N(t) = N(0) ert
la cui derivata (pendenza della curva) è dN/dt = r N

N(t) = popolazione al tempo t
N(0) = popolazione al tempo “0”
r = tasso di crescita (in inglese rate = birth + death +
imm. + emi)

r = tasso di crescita in inglese rate = b (birth) + d
(death) (tralasciamo immigrazione e emigrazione)

Le popolazioni teoriche non sono limitate
dall’ambiente e hanno b e d costanti per tutti i
componenti della popolazione (esempi: popolazioni
sperimentali in vitro, popolazioni che colonizzano
nuovi ambienti come isole o nuove nicchie ecologiche,
specie alloctone invasive…)

Poche specie hanno accrescimento continuo durante
l’anno: l’uomo è una di queste.

https://courses.lumenlearning.com/suny-biology2xmaster/chapter/human-population-growth/

Gran parte delle specie presenta invece accrescimento
discontinuo (stagionale), con periodi riproduttivi ben
definiti dell’anno.

Ci sono periodi in cui avvengono gli accoppiamenti e
le nascite: le popolazioni si accrescono durante la
stagione riproduttiva (nascite); mentre tra una
stagione riproduttiva e l’altra declinano (mortalità per
vecchiaia o predazione)

Ciclo di una popolazione a riproduzione stagionale

             700
                                        Periodo riproduttivo
             600                        (adulti + giovani)

             500
Abbondanza

             400

             300

             200

             100

               0
                   G   F   M   A   M    G     L   A    S       O   N   D

                                       Mesi

700
                                           Periodo riproduttivo
             600                           (adulti + giovani)

             500   Periodo pre-
                   riproduttivo
Abbondanza

             400   (adulti)
             300

             200

             100

               0
                   G    F    M    A   M    G     L   A    S       O   N   D

                                          Mesi

700

             600

             500
Abbondanza

             400

             300

             200

             100

               0
                   G F M A M G L A S O N D G F M A M G L A S O N D G F M A M G L A S O N D

Per valutare l’andamento della popolazione
occorre confrontare le abbondanze tra un anno e l’altro
effettuando conteggi sempre nello stesso periodo
dell’anno.
             700

             600
Abbondanza

             500

             400

             300

             200

             100

               0
                   G F M A M G L A S O N D G F M A M G L A S O N D G F M A M G L A S O N D

Le popolazioni naturali sono però limitate dall’ambiente in
cui vivono (spazio, cibo, altre popolazioni).

Pertanto non presentano accrescimento esponenziale, ma
un accrescimento di tipo logistico (r varia nel tempo e in
relazione ad N) e sono limitate dal valore K

K = capacità portante dell’ambiente
(numero massimo di individui
che possono sopravvivere in
quelle determinate condizioni
e in quel determinato ambiente).

Curva esponenziale   Curva logistica
dN/dt = r N          dN/dt = r0N(1-N/K)

se N = K, dN/dt = 0 (popolazione numericamente stabile)
se N > K, dN/dt è negativo (popolazione in diminuzione)
se N < K, dN/dt è positivo (popolazione in crescita)

             dN/dt = rN(1-N/K)
        K

Inoltre il potenziale riproduttivo massimo (la pendenza più
positiva) si verifica al valore di K/2, quando la popolazione
è in piena crescita esponenziale.

Fattori densità dipendenti

La crescita logistica indica che esistono fattori limitanti che regolano il
tasso di accrescimento potenziale della popolazione. Tali fattori,
dipendenti dalla densità degli individui (density dependent),
aumentano i propri effetti ad elevate densità:

• risorse trofiche se limitanti (abbondanza, qualità)  diminuiscono
• spazio vitale per individuo  diminuisce
• parassiti e agenti patogeni  aumentano
• relazioni interspecifiche (predazione, competizione) 
influenzano i tassi riproduttivi

Fattori densità indipendenti

Nelle popolazioni naturali, la regolazione
dell’abbondanza avviene anche attraverso fattori
indipendenti dalla densità (density
independent) che agiscono in modo stocastico
sull’abbondanza:

• variazioni climatiche
• catastrofi naturali (incendi, alluvioni, tifoni,
terremoti etc.)

Cenni di demografia e gestione delle risorse
     animali
Le caratteristiche biologiche determinano le risposte
ecologiche delle popolazioni animali in relazione alle
attività gestionali e di sfruttamento antropico.
In particolare molte specie ittiche (pesci, molluschi e
crostacei) hanno:
• tassi riproduttivi elevatissimi (milioni di uova per evento
  riproduttivo)
• crescita demografica fortemente densità-indipendente
  (elevata mortalità delle classi di età minore, pochi
  individui sopravvivono a lungo)

Cenni di demografia e gestione delle risorse
    animali
Nel caso che la specie abbia basso tasso riproduttivo (pochi
piccoli per evento riproduttivo, elevata età di maturazione
sessuale, elevata durata della vita …) un eccessivo prelievo
(sfruttamento) metterà in crisi la popolazione.
Le balene:
• tassi riproduttivi basso (un solo piccolo per parto,
  molti anni tra una gravidanza e l’altra, maturità
  sessuale tardiva…)
• nei secoli elevato tasso di prelievo a fini commerciali
  e alimentari (elevata mortalità degli individui maturi)
• automazione dei sistemi di prelievo

Spermaceti = seme di cetaceo.
Sostanza oleosa presente nel
cranio dei capodogli con
funzione di stabilizzazione
durante l’immersione. Estraibile
anche dal grasso corporeo.

Utilizzato in cosmesi e come olio
combustibile e nella confezione
di candele.

Carne molto apprezzata in
 oriente

Fanoni (dei Misticeti) utilizzati
come stecche nei corsetti e negli
ombrelli, frustini…

Avorio ricavato dai denti (degli
Odontoceti) utilizzato in
gioielleria

• Biologia dei cetacei

• Equipaggio

• Navi baleniere

• Dimensioni cetacei

Balaenoptera physalus
balenottera comune

Physeter macrocephalus
capodoglio

Balaenoptera musculus
Balenottera azzurra

Balaenoptera borealis
Balenottera boreale