La biodiversità: definizione, livelli strutturali e processi di speciazione

LEZIONE 1 3/10/2024

LA BIODIVERSITÀ Che cos'è la biodiversità ? il termine biodiversità è stato coniato nel 1988 dall'entomologo americano Edward O. Wilson tale termine può avere diverse accezioni e significati a seconda del contesto in cui viene utilizzato ma come disse Wilson la DIVERSITÀ' BIOLOGICA insieme alla ricchezza materiale e culturale è una delle forme in cui si manifesta la ricchezza del nostro pianeta, infatti la flora e a fauna fanno parte di un PATRIMONIO EREDITATO da milioni di anni inoltre sempre come Wilson afferma la diversità biologica è una SORGENTE POTENZIALE di un'immensa e inesplorata ricchezza materiale e culturale

Senso generale per il pubblico

SENSO GENERALE PER IL PUBBLICO: la biodiversità è un fenomeno naturale è in pericolo per l'espansione della nostra specie e dei suoi effetti negativi diretti e indiretti sulla biosfera

Senso globale della diversità biologica

SENSO GLOBALE: in senso globale la diversità biologica è l'insieme di tutti i GENI, tutte le SECIE e tutti gli ECOSISTEMI hanno una componente biotica importante oltre che abiotica ossia tutto ciò che è NATURA VIVENTE

Senso tecnico biologico

SENSO TECNICO BIOLOGICO: la biodiversità viene intesa come PROPRIETÀ DI UN SISTEMA, riferita alla varietà biologica che il sistema contiene in questo senso diventa un PARAMETRO MISURABILE si possono dunque comparare ecosistemi e forme biologiche per definirne lo stadio e la condizione

La biodiversità può essere definita come la RICCHEZZA e la VARIETÀ di vita sulla terra tale varietà non si riferisce solo alla forma e alla struttura degli esseri viventi, ma include anche la diversità intesa come ABBONDANZA, DISTRIBUZIONE e INTERAZIONE tra le diverse componenti del sistema La biodiversità quindi esprime il NUMERO, la VARIETÀ e la VARIABILITÀ DEGLI ORGANISMI VIVENTI e come questi variano da un ambiente ad un altro o nello stesso ambiente nel corso del tempo lo studio della diversità biologica misurabile ci permette di CONOSCERE IL SUO RUOLO NELLA STRUTTURA E NEL FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI VIVENTI ed è una base cruciale di conoscenza per ogni strategia di gestione della biosfera

Conservazione della biodiversità

Uno dei temi più attuali della ricerca in biologia è la BIODIVERSITÀ e la sua CONSERVAZIONE nel giugno del 1992 le NAZIONI UNITE hanno varato a Rio de Janeiro la prima "CONVENZIONE SULLA DIVERSITÀ BIOLOGICA" con 3 obiettivi molto ambiziosi

1. Favorire la CONSERVAZIONE DELLA BIODIVERSITÀ
2. Promuovere un USO SOSTENIBILE delle sue risorse
3. Garantire una RIPARTIZIONE EQUA DEI VANTAGGI che derivano da questo uso

la conservazione della Biodiversità passa attraverso la CONOSCENZA: non si può osservare ciò che non si conosce vi sono 3 livelli strutturali della biodiversità:

1. GENETICO-MOLECOLARE: nucleotidi, geni, cromosomi
2. ORGANISMICA o TASSONOMICA: individui popolazioni, specie, raggruppamenti sovraspecifici
3. ECOSISTEMICA: comunità bioniche, ecosistemi, sistemi di paesaggi, binomiSpecie

Genere Famiglia Ordine Classe Phylum Tra i 20/30 milioni di organismi viventi la fanno da padrone gli animali specialmente gli invertebrati con 1 milione e 300 mila specie contro le 600 mila dei vertebrati Regno Dominio noi siamo parte integrante della biodiversità e integrati all'interno: il declino di insetti impollinatori e colettori infatti mette in crisi la nostra economia Vita

Hot spot della biodiversità

Pensando alla biodiversità vengono in mente diversi HOT SPOT luoghi terrestri o marini che hanno una priorità nella conservazione

• FORESTA TROPICALE FLUVIALE: ogni anno vengono eliminati ettari di alberi con un disboscamento delle foreste non si eliminano solo alberi ma tutto un ecosistema che si è coevoluto in maniera complessa primarie
• FASCIA TROPICALE: vi è una maggiore complessità del sistema e ricchezza di nicchie ecologiche
• MEDITERRANEO: ha un'ampia biodiversità animale e vegetale soprattutto in Italia vi è la coesistenza di un numero elevato di specie che non ha eguali in Europa
• BARRIERA CORALLINA: ecosistema formato da animali, è una catena trofica che si basa sul detrito ossia sostanza organica disciolta e trasformata in una serie di organismi che danno la possibilità di ospitare organismi consumatori e predatori catena complessa e diversificata
• DESERTO ARIZONA E MESSICO: sebbene desertici sono ricchi di specie

Discipline che studiano la biodiversità

vi sono diverse discipline che si occuano dello studio della biodiversità

TASSONOMIA: disciplina che si occupa di NOMINARE e CLASSIFICARE i VIVENTI SISTEMATICA: disciplina che studia l'EVOLUZIONE, DIVERSIFICAZIONE e le RELAZIONI tra i viventi l'unica forma di classificazione che possa ottenere nel tempo è la diversificazione ed evoluzione di parentela la sistematica di avvale della FILOGENESI: disciplina che RICOSTRUISCE e INTERPRETA i legami di PARENTELA tra i gruppi TASSONOMICI ECOLOGIA: disciplina che studia le INTERAZIONI tra gli organismi e il loro AMBIENTE dunque interazioni tra componenti biotiche e abiotiche BIOGEOGRAFIA: disciplina che studia i pattern di DISTRIBUZIONE degli organismi ed i fattori che li hanno determinati dunque come le specie si sono avvicendate e come la biodiversità sia differente nelle regioni diverse

Concetto di specie

Che cos'è una specie? E quante ne esistono? Il concetto di specie è molto complesso ed è alla base del dialogo scientifico il numero di specie di organismi viventi e di fatto impossibile da descrivere Terry Erwin affermò che vi fossero 30 milioni di specie artropodi totali In totale si stimano circa 1 milione e 500 mila specie ma ogni anno vengono descritte circa 20 mila specie animali nuove uno dei domini più inesplorato è il suoloGENETICA e BIOLOGIA MOLECOLARE: discipline che studiano la diversità a livello SPECIFICO ed INTRASPECIFICO BIOLOGIA DELLE POPOLAZIONI: disciplina che studia la struttura e la dinamica delle popolazioni, includa la diversità genetica vi sono dei fenomeni che portano ad una perdita del pool genico

Quantificare la biodiversità

Come "quantificare" la biodiversità ? attraverso diversi parametri quali

1. SPECIES RICHNESS: numero di specie in un determinato habitat
2. SPECIES DIVERSITY: number of species presente in un determinate habitat e la relativa abbondanza
3. ALFA-DIVERSITY: diversità di organismi in un stesso habitat diversità di base

Richness vs, Diversity Low Diversity High Diversity Equal Richness La biodiversità dipende dalla complessità dell'ambiente e dal differenziamento delle ricche ecologiche la conservazione delle specie passa dalla conservazione degli ambienti La biodiversità cambia inoltre non solo nello spazio ma anche nel tempo le 5 grandi estinzioni di massa "Big Five' Mass Extinctions in Earth's History Dur WWorld in Data 20 R misurare la biodiversità serve anche per comparare le unità ambientali COMPRENDERE i MECCANISMI DELL'EVOLUZIONE e DELL'ECOLOGIA PIANIFICARE le PRIORITÀ DI CONSERVAZIONE, mettendo in evidenza le unità ambientali prioritarie per la conservazione della flora e della fauna: BIODIVERSITY HOT SPOT Non tutte le specie conferiscono la stessa importanza a unità di ambiente importanza della QUANTITÀ DI SPECIE considerando tutte le specie nel loro insieme importanza della QUALITÀ DI SPECIE mettendo in evidenza quelle più rare e coalizzate, particolarmente minacciate o interessanti dal punto di vista evolutivo, o di particolare utilità per il funzionamento degli ecosistemi KEYSTONE SPECIES

LEZIONE 2 8/10/2024

BIOLOGIA EVOLUZIONISTICA

la teoria dell'evoluzione è una delle più rivoluzionarie che ha cambiato completamente il pensiero scientifico tanto da diventare un DATO DI FATTO nel XVII e nel XVIII secolo pur sulle orme degli sperimentalisti vigono sempre il FISSISMO e il CREAZIONISMO furono Darwin e Wallace a teorizzare l'evoluzionismo "classico" Al ritorno dal suo viaggio non pubblicò i diari del viaggio che ebbero un successo incredibile= ciò che aveva visto presso le isole Galapagos che lo stimolarono molto nell'elaborazione delle sue teorie Stimolato da un manoscritto di Wallace, naturalista inglese in Malesia, si trovò spiazzato perchè pensò di essere stato preceduto da Wallace teoria concertata da due diversi ricercatori che sulla base di due esperienze personali e stimoli personali che esplorano luoghi con biodiversità altissima idea di trasformazione e cambiamenti della natura c'era dai filosofi greci: con la religione cristiana e il dogma della creazione ha rallentato stimolo a ricercare le cause ultime della trasformazione, pensiero che matura nel '700 e nell'800 la teoria dell'evoluzione si basa su

1. VARAIBILITÀ FENOTIPICA= intuì che era qualcosa di ereditabile (ereditabilità dei caratteri) espressi sotto la forza della SELEZIONE NATURALE CHE FAVORISCE ALCUNI INDIVIDUI
2. EREDITARIETÀ DEI CARATTERI ATTESI SELEZIONATI
3. SELEZIONE NATURALE E ADATTAMENTO

teoria rivoluzionata confermata da tutti i punti di vista con tantissime prove che lui stesso le porta: fece un lavoro di intuizione, promulgazione e dimostrazione Darwin lavorò molto su ciò che aveva visto e su come correlarlo e spiegarlo: provando a dare prove e spiegazioni della selezione artificiale, sessuale e conferme di quello che era stata una brillante intuizione insieme a Wallace poco considerato padre della biogeografia storica vicino all'arcipelago indonesiano dove effettuò molto viaggi e riuscì a intuire le linee di demarcazione biogeografiche guardando le affinità di areali disgiunti di faune molto simili EVOLUZIONE= è un cambiamento nel tempo, è il processo attraverso il quale gli organismi moderni sono discesi da organismi originari Il viaggio del Beagle durò ben cinque anni durante i quali Darwin scoprì l'evidenze per proporre un'ipotesi rivoluzionaria di come la vita sia cambiata nel tempo Visitò I'Argentina e l'Australia che presentavano ecosistemi di praterie simili tuttavia erano abitate da animali molto diversi e nell'Argentina nell'Australia ospitavano i tipi di animali che vivevano nelle praterie europee Darwin proponeva delle domande stimolanti come: perché non vi fossero conigli in Australia nonostante la presenza di Habitat che sembravano perfetti per loro?, Oppure perché non vi erano i canguri in Inghilterra?Darwin raccolse inoltre resti di antichi organismi FOSSILI alcuni dei quali somigliano agli organismi vivi ancora oggi ma diversi per dimensioni e proporzioni di alcune parti: perchè tali specie erano sparite, e che rapporti avevano con quelle presenti ? fossili sono serie NON CONTINUE : non vi erano gli anelli di congiunzione che si aspettava di trovare in una gradualità di cambiamento trovava forme molto diverse da quelle moderne dipende dal fatto che alcune orme intermedie non si sono fossilizzate o dal fatto che potevano essere andate estinte e le modificazioni fatte su linee filetiche parallele perchè oggetto di speciazione rapida teoria degli equilibri punteggiati: forte periodo di evoluzione segue un periodo di stasi alcuni animali Galapagos hanno stimolato molto Darwin: isole dell'Equador molto isolate e di origine vulcanica e c'era stata una colonizzazione dovuta ad un trasporto passivo dal continente

• TESTUGGINI: a partire da pochi antenati si erano sviluppati diversi animali (testuggini) con una caratterizzazione di alcuni fenotipi propri di un isola rispetto all'altra a guardare le tartarughe dal carapace si capiva da dove venivano: c'era vegetazione che induceva una selezione delle tartarughe su un isola rispetto all'altra
• FRINGUELLI: a partire da un singolo antenato che aveva colonizzato le isole si erano diversificati nelle diverse isole in seguito alla condizione delle risorse ( isole con superficie modesta) si sono diversificati nel becco e quindi hanno sviluppato dei caratteri per ridurre la competizione che si basano sull'acquisizione del cibo
• SULA PIEDIAZZURRA: portatori di caratteri sempre più brillanti a livello delle zampe tendono ad essere preferiti dalle femmine nell'accoppiamento dimostrano una FITNESS e uno STATI DI SALUTE MAGGIORE: colorazione in relazione alla qualità del cibo che mangiano

Darwin osservò che le caratteristiche di molte piante e animali variavano notevolmente da un'isola all'altra: ipotizzò dunque che le specie separate potrebbero essere nate da un antenato originario

IDEE CHE HANNO PLASMATO IL PENSIERO DI DARWIN

HUTTON: con la sua teoria dei cambiamenti geologici affermava che le forze modificano la forma della superficie terrestre, i cambiamenti sono lenti, la terra è molto più vecchia di migliaia di anni LYELL: riteneva che gli elementi geografici possano essere costruiti o abbattuti se cambia lo stato della materia come ne risente la vita sulla terra? LAMARK: la teoria di Lamarche prevede la tendenza alla perfezione, l'uso e il disuso, e l'ereditarietà dei caratteri acquisiti RADIAZIONE ADATTATIVA ESPLOSIVA Geospiza Geospiza difficilis Pinaro- scandens Joxia inornata Geespiza conirostris Certhide olivacea Cacto- spiza Geospiza magnirostris Hellobates Cactospiza pallida Geaspiza fortis Cama rhyn- Geospiza fullginosa parvulus Flatyspiza Cama chus rhyn- chus Cama- pauper crassirostris rhynchus psittacula