La biodiversità oltre il numero di specie


Sempre più ricercatori stanno adottando una nuova idea di biodiversità che non contempla solo il numero di specie in un habitat, ma anche una serie di loro tratti funzionali, come le dimensioni corporee caratteristiche di una specie. Ma non c’è ancora accordo su che cosa possa essere considerato un tratto e che cosa no e la realizzazione di ampi database di tratti relativi alle varie specie del mondo è solo all’inizio.


 

Emmett Duffy si trovava a circa cinque metri sott’acqua al largo della costa di Panama, quando un gigantesco pesce istrice catturò il suo sguardo. La lenta creatura sarebbe stata facile bersaglio dei predatori, se non si fosse messa al riparo tra i grandi rami, simili a quelli di un albero, di un corallo a corna d’alce (Acropora palmata).

L’avvistamento accese una lampadina nella mente di Duffy, che fa il biologo marino. Era stato in alcune località dei Caraibi dove i coralli erano più abbondanti e più diversificati, ma più piccoli; e anche i pesci lì erano sempre piccoli. Ma nell’arcipelago di Bocas Del Toro stava osservando una varietà di grossi pesci tra i coralli a corna d’alce. “La ragione per cui questi grandi pesci sono riusciti a prosperare è che c’erano posti per nascondersi e posti per vivere”. spiega.

L”incontro con il pesce istrice (Diodon hystrix) fece affiorare un concetto che era stato a lungo nascosto nella mente di Duffy: la salute di un ecosistema può dipendere non solo dal numero di specie presenti, ma anche dalla diversità dei loro tratti. L’idea, che va sotto il nome di ecologia del tratto funzionale, aveva fatto parte del suo lavoro di laboratorio da anni, ma sempre l’aveva ritenuta accademica e astratta, dice Duffy, che ora dirige il Tennenbaum Observatories Network della Smithsonian Institution di Washington.

È un’idea sempre più in voga tra gli ecologi. La biodiversità, secondo questa tesi, non deve essere solo il numero di specie in un ecosistema. Per mantenere un ecosistema sano e resiliente sono altrettanto importanti le caratteristiche differenti delle specie e ciò a cui possono servire, misurate in termini di tratti specifici, come la dimensione del corpo o la lunghezza di un ramo.

Questo cambiamento di mentalità potrebbe avere grandi implicazioni per l’ecologia. Può essere necessario per capire e prevedere come reagiranno le piante e gli animali al clima che cambia.

E la diversità funzionale ha cominciato a influenzare il modo in cui gli ecologi pensano alla conservazione ambientale; alcune nazioni hanno anche iniziato a tenere conto dei tratti nelle loro politiche di gestione. Il Belize, per esempio, parecchi anni fa ha iniziato a proteggere i pesci pappagalli dall’eccesso di pesca, non tanto perché il loro numero è diminuito ma perché ripuliscono il corallo dalle alghe e sono fondamentali per la sopravvivenza della barriera corallina.

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Acropora palmata.

“Considerare solo il numero di specie non ci permette di sfruttare tutte queste informazioni incredibilmente ricche su come funziona il mondo reale”, dice Sandra Díaz, ecologa del Consiglio Nazionale di Ricerca Scientifica e Tecnica dell’Argentina (CONICET) e dell’Università di Córdoba.

Ma alcuni esperti sono preoccupati. Il modo in cui sono definiti i tratti rimane oggetto di dibattito e senza dati solidi sulla diversità e sui tratti delle specie in ambienti di tutto il mondo, qualsiasi scelta guidata da questo approccio potrebbe risultare miope. “Sono davvero eccitato, ma anche preoccupato”, dice Walter Jetz, ecologo e biologo evolutivo della Yale University di New Haven, Connecticut. “Come comunità, dobbiamo essere molto attenti nel valutare i limiti dei dati esistenti”.

Da decenni, lo studio della biodiversità è essenzialmente un gioco di numeri: più specie aveva un ecosistema più era considerato stabile e in grado di far fronte ai cambiamenti. Quell’approccio aveva senso perché c’erano poche informazioni sulle strutture di un ecosistema e sulle funzioni delle specie all’interno di esso. Non esisteva la tecnologia per misurare molti tratti o per elaborare l’enorme quantità di dati che sarebbe emersa se fosse stato possibile misurarli.

Vari sviluppi hanno cambiato questa situazione. I progressi nella biologia molecolare hanno reso possibile studiare in massa i microrganismi. I satelliti possono valutare tratti come gli apici degli alberi e la produttività del plancton marino. E i balzi in avanti degli strumenti statistici e della potenza di calcolo hanno permesso di usare tutti i dati che vengono generati.

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Pesce pappagallo.

Alcuni fanno risalire il nuovo modo di pensare gli ecosistemi – almeno nella ricerca formale – all’ecologo David Tilman dell’Università del Minnesota a St Paul.

Nel 1994, pubblicò un articolo considerato una pietra miliare, che tracciava la diversità delle specie nelle praterie del Minnesota durante la grande siccità degli anni ottanta. Le zone ricche di specie tendevano a superare la siccità molto meglio di quelle con poche specie, supportando l’ipotesi di un legame tra diversità e stabilità. Ma la relazione non era lineare. Solo alcune erbe resistenti alla siccità risultarono necessarie per aumentare notevolmente la capacità di recupero di una zona.

Tre anni dopo, Tilman e i suoi collaboratori pubblicarono i dati su 289 appezzamenti di prateria che avevano piantato con varie quantità di specie e livelli di diversità funzionale. Qui, la presenza di alcuni tratti, come il cammino di fotosintesi C4 o la fissazione dell’azoto, determinò una differenza maggiore nella salute complessiva dei terreni rispetto al numero di specie.

Circa nello stesso periodo, Shahid Naeem, direttore dell’Earth Institute Center for Environmental Sustainability della Columbia University, stava guardando oltre i numeri delle specie per studiare la funzione dell’ecosistema, ponendo in risalto la diversità delle specie a differenti livelli della catena alimentare.

Guardare il solo numero di specie, spiega, è come elencare le parti di un’auto senza dire quello che fanno. Non fornisce alcuna guida per capire quando le cose cominciano a non funzionare, dice.

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Barriera corallina.

Gli studi sulla diversità funzionale hanno cominciato ad affermarsi dalla metà degli anni novanta. Grn parte del lavoro è stato su piante e foreste perché è relativamente facile manipolare quei sistemi. Ma l’approccio si è ampliato gradualmente per includere uccelli, vita marina e suoli.

Diana Wall, ecologa del suolo alla Colorado State University a Fort Collins, afferma che lei e suoi colleghi si sono concentrati per anni sui tratti funzionali e diversità, in parte perché le attività dei microrganismi del suolo sono spesso più facili da individuare rispetto alle specie stesse. È felice del fatto che i ricercatori stiano arrivando a una comprensione più profonda di tratti e specie sopra e sotto il livello del terreno. “La nuova conoscenza su entrambi i fronti ci porta a capire la dipendenza dalle specie e dalle funzioni”, dice.

I biologi conservazionisti sono entusiasti dei tratti funzionali perché potrebbero influenzare le decisioni su cosa proteggere.

Ricercatori e ambientalisti si sono concentrati tipicamente sulle regioni ricche di specie, come la foresta amazzonica e la grande barriera corallina dell’Australia. Ma Rick Stuart-Smith, ecologo dell’Università della Tasmania a Taroona,  ha suggerito di riformulare la definizione di hotspot di biodiversità. L’integrazione di tratti funzionali potrebbe indicare l’importanza delle aree già precedentemente valutate.

Per Stuart-Smith è troppo presto per individuare luoghi specifici da rivalutare: è necessaria una ricerca più approfondita. Ma afferma che l’ecologia funzionale  in ultima analisi dovrebbe estendersi alle strategie di conservazione e ai criteri che i governi scelgono per definire le aree da proteggere.

E il nuovo modo di pensare alla diversità potrebbe rivelare vulnerabilità che non sono state riconosciute prima. Le aree ricche di specie potrebbero avere una sorta di assicurazione contro la perdita di tratti perché si ritiene che le funzioni fornite dai tratti si trovino in molte specie, dice David Mouillot, ecologo marino dell’Università di Montpellier, in Francia. Ma alcune funzioni sono fornite da una sola specie, o da poche. Insieme ai colleghi, sta facendo a gara per individuare queste rare funzioni.

L’obiettivo della diversità funzionale aiuta a creare un quadro più sfumato degli ecosistemi. Greg Asner, ecologo della Carnegie Institution per il Department of Global Ecology della Stanford University, ha utilizzato un imager spettrale per mappare 15 tratti delle foreste in tutto il Perù.

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Foresta pluviale in Amazzonia.

Studi convenzionali hanno riconosciuto tre tipi di foreste nel paese usando il concetto di ricchezza di specie, dice Asner: foresta di zona arida, di pianura alluvionale e di acquitrinio. Ma Asner e il suo gruppo hanno esaminato quali tratti avrebbero potuto aiutare a distinguere i nuovi gruppi funzionali, scoprendo che sette erano cruciali. Quindi hanno classificato le foreste basandosi su quei tratti, e hanno elaborato 36 classi che rappresentano diverse combinazioni dei sette tratti. I ricercatori hanno usato i loro risultati per aiutare il Perù a riequilibrare il suo portfolio di conservazione.

Ad Asner è stato chiesto anche d’identificare un’area di 400.000 ettari nel Borneo settentrionale da mettere sotto protezione in base ai tratti. “Vogliono sapere: ‘Dove sono i milioni di acri in cui è presente la maggior parte delle variazioni nei tratti?’, oppure ‘Dove puoi mettere una recinzione intorno alla variante più funzionale?'”, spiega.

Questo livello di interesse è incoraggiante per lui e per altri ricercatori, perché gli ecosistemi sono talmente complessi che, una volta che specie, funzioni o processi sono andati perduti, non sono ammessi recuperi, almeno con le tecniche e le conoscenze attuali. “Non abbiamo la scienza o la tecnologia per progettare una foresta da zero nel modo in cui l’hanno fatto la natura e l’evoluzione”, dice Asner.

Alcuni esperti, tuttavia, consigliano di non prendere decisioni basate su caratteri funzionali finché non saranno disponibili dati più completi. “Se perdi anche solo una singola specie nella matrice dei dati, può mancare una funzione chiave che è rappresentata solo da quella specie”, dice Jetz, che ha studiato i tratti funzionali in piante e animali vertebrati, uccelli in particolare.

Egli mette in guardia non solo dalle lacune nei dati ma anche dagli errori sistematici, legati al fatto che i ricercatori scelgono il luogo in cui prelevare i campioni, avvicinando o allontanando un insieme di dati da certe regioni o certi tipi di ambiente. Naeem vorrebbe anche vedere uno sforzo coordinato a livello globale per creare una banca dati più completa ed esauriente di tratti per il mondo naturale. “Quando siamo davvero entusiasti di un ambito i studi, uno degli investimenti e gli sforzi che dobbiamo sostenere è quello di raccogliere i dati di cui abbiamo bisogno”, dice.

Sono in corso alcuni lavori per costruire questi database per ambienti sia terrestri sia acquatici. TRY, presso l’Istituto Max Planck per la biogeochimica a Jena, in Germania, è una rete internazionale di scienziati vegetali che dal 2007 sta realizzando una banca dati accessibile al pubblico dei tratti e delle funzioni. Essa contiene ora i dati di 100.000 specie di piante.

C’è anche il database di ReeFish, ora guidato da Mouillot, che mira a fornire tratti e informazioni geografiche per tutti i pesci tropicali. E il Reef Life Survey, iniziato in Tasmania nel 2007 da Stuart-Smith e dall’ecologo marino Graham Edgar, comprende registrazioni di tratti di più di 5000 specie provenienti da tutti i bacini oceanici.

Duffy, nel frattempo, sta coordinando il programma della Smithsonian Global Marine Earth Observatory, che egli sostiene essere una “grande opportunità per definire i collegamenti tra diversità e funzionamento degli ecosistemi marini su scala globale”. Attualmente ci sono dieci siti nella rete, che mira a stabilire presenza globale, da polo a polo.

Questi sono tutti lavori in corso, e nonostante l’ampio accordo sulla importanza di concentrarsi sui tratti funzionali tra gli ecosistemi, non sembra ancora esserci una chiara definizione di tratto. Trovare un accordo su una che possa estendersi al regno vegetali e a quello animale sarà difficile. Quanto dettagliato dovrebbe essere? È opportuno fermarsi a tratti visibili, come le dimensioni della foglia, o di approfondire fino alle sequenze di singoli geni?

Una zona grigia sembra la dieta. Alcuni ricercatori includono gli schemi di alimentazione quando studiano i tratti funzionali di un organismo, per esempio valutando se può mangiare una varietà di organismi o se è specializzato a nutrirsi di una singola specie. Altri trascurano la dieta. “Se non è sul genoma, non è una caratteristica”, dice Naeem, il quale sottolinea che le volpi possono avere alcune preferenze alimentari, ma all’occorrenza possono anche mangiare cibo per cani in scatola. Egli sostiene che i tratti legati ai geni – le dimensioni dei denti di un predatore, per esempio – influenzano la dieta, e possono quindi essere utilizzati per dedurre gli schemi di alimentazione.

Le interazioni tra le specie aprono un’altra area di dibattito. Alcuni potrebbero vedere un pesce istrice che trova rifugio tra i coralli, come quello osservato da Duffy a Panama, come un’interazione tra specie e non come un tratto. Per Duffy, invece, i tratti possono influenzare le modalità d’interazione tra specie, ed esserne a loro volta influenzati. Le caratteristiche del corallo – la struttura e le dimensioni dei rami – sono ciò che ha permesso al pesce di prosperare.

Un altro tema di dibattito è se occorra definire una classifica dei tratti per importanza. Alcuni ricercatori stanno lavorando per identificare i tratti di maggior valore, mentre altri, come Mouillot, adottano un approccio più agnostico. “Noi non facciamo una graduatoria. Non diciamo che due o tre tratti sono i più importanti e gli altri sono marginali”, spiega. E per tutti, l’attenzione alla diversità funzionale probabilmente è solo un passo verso una visione veramente globale della biodiversità, che è l’obiettivo finale per ecologi e conservazionisti.

Un lavoro parallelo è stato fatto sulle storie evolutive di specie in un ecosistema, nel tentativo di mitigare gli effetti della perdita di biodiversità.

Alcuni vedono questa ‘diversità filogenetica’ come terza gamba dello sgabello, insieme con la diversità funzionale e la diversità delle specie. E ricercatori di tutto il mondo stanno anche lavorando per colmare altre lacune. Un grande consorzio tedesco sta studiando in che modo l’intensificazione nello sfruttamento del suolo influisce sulla diversità funzionale, e più lavoro deve essere fatto sul ruolo dei dati territoriali e delle interazioni a livello di paesaggio, piuttosto che su studi di singole aree o di microcosmi.

Per ora, tuttavia, i ricercatori stanno considerando i caratteri funzionali in base alla raffinatezza che hanno già raggiunto nella comprensione degli ecosistemi. Lo stesso fa Jetz, nonostante i suoi avvertimenti contro decisioni troppo affrettate basate sulla diversità funzionale.

I dati possono essere incompleti, ma i tratti funzionali potrebbero comunicare l’importanza degli ecosistemi alle persone al di fuori della comunità scientifica, politici ed economisti, in un modo più tangibile di quanto abbia mai fatto la ricchezza di specie. “Se si perdono una specie o due, è difficile capire che cosa significa”, dice Jetz. Invece, essere in grado di mostrare in modo esplicito come la perdita di una funzione può decimare un ecosistema potrebbe avere un impatto più significativo.

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