Nuovi strumenti di modellizzazione per comprendere meglio l’evoluzione negli ecosistemi
Quali fattori determinano la prosperità o il declino di una specie e come incidono sulla sopravvivenza le parti mobili di una complessa interazione tra fattori ambientali e genetici? La questione si pone, ad esempio, quando si valutano le ripercussioni della legislazione ambientale su alcune popolazioni ittiche. Non si sa perché alcune specie ittiche si riprendano dal sovrasfruttamento mentre altre no, nonostante una minore pressione sulla pesca o il fermo totale. Capire come cambiamenti anche minimi del ciclo vitale incidano sulla crescita della popolazione potrebbe aiutarci a comprendere il nostro impatto sul mondo naturale. «Ci sono», spiega Anna Kuparinen, «buone ragioni per credere che l’evoluzione avvenga e influisca anche sulle caratteristiche che svolgono un ruolo ecologico, quali le dimensioni corporee. Il merluzzo dell’Atlantico ne è un noto esempio, analogamente ai salmoni dell’Atlantico e del Pacifico. In laboratorio tali dinamiche sono state dimostrate, ad esempio, nel pesce zebra.» Kuparinen ha diretto il progetto COMPLEX-FISH, che ha cercato di sviluppare una migliore comprensione degli elementi in gioco tra le capacità di resilienza e di ripresa dagli shock ambientali delle specie, e i processi evolutivi. «Ho voluto fondere i campi dell’ecologia e dell’evoluzione in due interfacce di dinamiche biologiche complesse», aggiunge Kuparinen, che ha condotto il suo lavoro con il supporto del Consiglio europeo della ricerca. L’obiettivo era quello di comprendere le due facce della medaglia della dinamica biologica. «In pratica, ciò richiede la modellizzazione delle dinamiche del ciclo vitale, della popolazione e dell’ecosistema», spiega Kuparinen.
Relazioni allometriche per semplificare dinamiche complesse
COMPLEX-FISH ha preso in esame le cosiddette «reti trofiche allometriche» (ATN). Le relazioni allometriche sono utilizzate per mettere in relazione la massa corporea delle specie con molti dei processi biologici che determinano i tassi di alimentazione e le dinamiche delle specie (ad esempio, il tasso di eliminazione, il tempo di manipolazione e i tassi metabolici costituiscono tutti una funzione della massa corporea delle specie). Il modello può essere utilizzato anche per stimare il trasferimento di energia e sostanze nutritive tra gli organismi di una comunità, la cosiddetta «interazione trofica». «Ho sviluppato i modelli ATN per includere la struttura età-dimensione corporea dei pesci, il che significa che pesci di età diverse hanno dimensioni corporee diverse e quindi funzioni ecologiche diverse», spiega Kuparinen. Il progetto ha esaminato le ripercussioni della pesca e delle invasioni di specie negli ecosistemi lacustri e marini, ha analizzato i dati sulle strutture delle reti alimentari pervenuti dai collaboratori del team e ha eseguito simulazioni teoriche utilizzando le reti alimentari costruite con gli algoritmi da loro sviluppati. Il risultato è un modello di ecosistema in evoluzione che permette di simulare le diverse pressioni di pesca e il modo in cui queste determinano l’evoluzione di alcune specie ittiche. «Abbiamo anche studiato come gli ecosistemi filtrino il rumore ambientale e come la loro stabilità sia influenzata dalle proprietà della rete alimentare e dalle pressioni di pesca», osserva Kuparinen.
L’evoluzione fenotipica e la sua relazione con l’ecosistema
Il team ha scoperto che l’evoluzione fenotipica, ovvero i tratti osservabili di un organismo, come il peso corporeo o la presenza o meno di una malattia, presenta effetti a livello ecosistemico e deve essere chiarita ulteriormente. «Abbiamo anche richiamato l’attenzione sui fattori che influiscono sulla stabilità dell’ecosistema, quali la struttura stessa della rete alimentare, gli impatti umani tra cui la pesca e anche le alterazioni legate ai cambiamenti climatici, quali le specie invasive e la carica parassitaria». Kuparinen ritiene che l’intuizione più importante sia che le specie non dovrebbero essere trattate in modo isolato, ma come parte di un ecosistema, e che gli impatti sono osservabili non solo nelle specie bersaglio, ma in tutti gli ecosistemi.
Parole chiave
COMPLEX-FISH, evoluzione fenotipica, ecosistemi, relazioni allometriche, stress ambientale, cambiamento ambientale
