Misurare la biodiversità

Gli ecosistemi diversificati sono importanti per la salute del pianeta e la nostra sopravvivenza come esseri umani; è quindi incredibilmente importante per noi comprendere e misurare la biodiversità, che è definita come la variabilità tra gli organismi viventi in un ecosistema. La biodiversità può essere misurata a molti livelli diversi, tra cui genetica, specie, comunità ed ecosistema. Un modo per misurare la biodiversità è valutare la ricchezza delle specie di un ecosistema, che è il numero totale di specie distinte all'interno di una comunità locale. Sebbene la presenza di molte specie coincida generalmente con l'avere un ecosistema diversificato e sano, anche l'uniformità deve essere considerata. L'uniformità si riferisce all'uguaglianza della proporzione di ciascuna specie all'interno di un'area o di una comunità. Ad esempio, quando una specie domina l'area mentre le altre sono molto rare, la biodiversità in quest'area è inferiore rispetto a un'area con specie di uguale abbondanza. Pertanto, le aree con molte specie che sono relativamente uguali in abbondanza hanno i valori più alti di biodiversità.

Stima della biodiversità

Le differenze di ricchezza e uniformità tra due comunità possono essere visualizzate dalle curve di rango-abbondanza. Se il numero di specie è uguale, la forma della linea può dirci quale comunità è più diversificata. Se la linea è piatta, c'è un'elevata uniformità tra le specie. Tuttavia, se la linea scende rapidamente, l'uniformità è bassa. Se la ricchezza e l'uniformità sono entrambe diverse tra due comunità, i biologi devono usare le equazioni per calcolare la diversità. Queste equazioni pesano l'importanza di ciascun componente in modo diverso e un consenso su quale equazione sia la migliore nel calcolare la diversità è ancora dibattuto.

A volte ci sono troppe specie in un'area che non è realistico contare ogni singola specie. Ad esempio, un singolo albero nella foresta pluviale amazzonica può contenere centinaia di specie di coleotteri. Per aggirare questo problema, gli ecologisti utilizzano strumenti di campionamento chiamati quadrats. Un quadrato è semplicemente un fotogramma con un'area interna nota. Ad esempio, per misurare la ricchezza di specie di un acro di campo erboso, gli ecologi posizionano casualmente il quadrato nel campo e contano le specie all'interno del quadrato, invece di contare tutte le specie all'interno dell'acro. Possono anche campionare sistematicamente utilizzando nastri transetti. I transetti vengono allungati attraverso il campo e i quadrati vengono quindi posizionati lungo il transetto a intervalli regolari. Questo metodo è semi-casuale e garantisce un'ampia copertura del campionamento in tutto il campo per stimarne la biodiversità.

Mentre i quadrati e i transetti possono raccogliere la maggior parte delle specie, alcune specie rare possono passare inosservate. In questo caso, gli ecologi possono utilizzare una curva di accumulo delle specie, che rappresenta il numero cumulativo di specie osservate in una serie di quadrati. L'asse y della curva rappresenta il numero totale di specie osservate, mentre l'asse x rappresenta il numero di quadrati per i quali sono state enumerate le specie. Il numero totale di specie nel primo quadrato rappresenta il primo punto del grafico. Ogni punto successivo rappresenta il numero di nuove specie trovate in ogni nuovo quadrato campionato, più tutte le specie dei quadrati precedenti. Ad un certo punto, ci saranno poche o nessuna specie aggiuntiva trovata in ogni nuovo quadrato campionato, e la curva si avvicinerà a un asintoto, che è una stima del numero totale di specie presenti. Anche se l'asintoto non viene mai raggiunto a causa di molte specie rare, i biologi possono stimare il numero totale in base a questa curva.

Se è necessario effettuare confronti tra diverse aree o scale, vengono utilizzate misure di diversità alfa, beta e gamma. La diversità alfa (α) si riferisce al numero di specie presenti in un'area. La beta-diversità (β) confronta due aree diverse ed è la somma delle specie uniche per ciascuna area. La diversità gamma (γ) è il numero di specie in molte aree combinate in una regione. Utilizzando queste misure, i biologi possono farsi un'idea della diversità nello spazio, comprese le piccole e grandi scale.

Minacce alla biodiversità e loro implicazioni

La biodiversità in tutto il mondo è minacciata dall'inquinamento, dai cambiamenti climatici e dalle specie invasive. Una delle ragioni principali alla base degli sforzi per mantenere la biodiversità si basa sul funzionamento degli ecosistemi. Gli ecosistemi sono costituiti da molte parti operative, tra cui produttori primari, erbivori, carnivori e detritivori, che contribuiscono alla funzione dell'ecosistema. Se le specie vengono perse, l'ecosistema può collassare. E se l'ecosistema collassa, lo faranno anche i servizi che fornisce agli esseri umani. Le barriere coralline tropicali sono un buon esempio di questo concetto¹. I picchi di temperatura dell'acqua fanno sì che i coralli perdano le loro cellule di alghe simbiotiche. Senza le alghe, i coralli iniziano a morire di fame, a morire, poi a degradarsi e a perdere la loro struttura. Quando i coralli si decompongono, non forniscono più copertura ai pesci e l'abbondanza di specie ittiche diminuisce, il che a sua volta colpisce i pescatori locali e le persone che dipendono dal pesce per il sostentamento. Nel corso del tempo, le barriere coralline morte si degradano su larga scala e non forniscono più un cuscinetto per le coste adiacenti, erodendo infine la costa e distruggendo le isole. Una comunità altamente diversificata ha meno probabilità di collassare a causa della ridondanza funzionale². Ad esempio, i coralli possono variare nella loro sensibilità alle alte temperature. Se un corallo è estremamente sensibile alla temperatura, un altro può prendere il suo posto nella comunità, ma se ci sono solo poche specie, è meno probabile che un tale sostituto sia disponibile.

Un numero significativo di farmaci di cui beneficiamo è il risultato diretto della diversità della vita. I farmaci che ora sintetizziamo un tempo erano isolati da animali, piante, funghi e batteri. C'è un'intera industria dedicata alla scoperta di nuovi potenziali farmaci attraverso la scansione di varie specie per la presenza di composti bioattivi. Ad esempio, le piante producono sostanze chimiche per la difesa contro le infezioni e gli erbivori. Ragni e serpenti producono diversi veleni. Entrambe le classi di organismi sono state la fonte di importanti medicinali, come il Taxol degli alberi di tasso, che cura i tumori al seno, ai polmoni e alle ovaie, o l'Ohanin dal veleno del cobra reale, che è un antidolorifico^3-4. Ogni specie che si estingue può essere la chiave per curare malattie attualmente incurabili. Più velocemente perdiamo quelle specie, minore è la possibilità di trovare soluzioni.

Una volta che una specie si estingue, non saremo mai in grado di viverla. Questo tipo di pensiero ha guidato la conservazione di panda, lontre marine e altri animali carismatici. Queste specie sono chiamate specie bandiera e la loro conservazione può portare alla protezione della biodiversità. Anche se questi animali sono solo una piccola parte dell'intero ecosistema, preservarli significa preservare l'ecosistema che occupano. Gli sforzi per salvare la lontra marina sulla costa occidentale del Nord America hanno portato a foreste di alghe sane che ospitano molte migliaia di^{altre specie.} Senza la protezione delle lontre marine, gli erbivori come i ricci di mare, che di solito vengono mangiati dalle lontre, sono in grado di divorare completamente le foreste di alghe lasciando rocce sterili dove pochissime specie potrebbero sopravvivere.

Referenze

1. Knowlton, Nancy. Il futuro delle barriere coralline. PNAS. 2001, vol. 98 , (10) 5419-5425.
2. Andrea S. Downing, Egbert H. van Nes, Wolf M. Mooij, Marten Scheffer. La resilienza e la resistenza di un ecosistema al collasso della diversità. PLoS Uno. . 2012; , Vol. 7(9): e46135.
3. Muro, Monroe E. Camptotecina e taxolo: dalla scoperta alla clinica. Med Res Rev. 1998, Vol. 18, 5 (299-314).
4. Yuh Fen Pung, Peter T. H. Wong, Prakash P. Kumar, Wayne C. Hodgson, R. Manjunatha Kini. L'ohanina, una nuova proteina del veleno del cobra reale, induce ipolocomozione e iperalgesia nei topi. J Biol Chem. 2005, 280, 13137-13147.
5. Estes, J.A., et al. Interazioni trofiche complesse negli ecosistemi forestali di alghe. Bollettino di Scienze Marine, Volume . 2004, vol. 7, 3: 621-638.