3. La popolazione e le sue dinamiche

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PERUGIA
Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie
Via Elce di Sotto, 06123 -Perugia
Corso di Laurea in Scienze Biologiche
Corso di ECOLOGIA
Sito del corso: http://cclbiol.unipg.it/index.html
Alessandro Ludovisi
Sito docente: http://www.dcbb.unipg.it/alessandro.ludovisi
Tel. 075 585 5712
e-mail address: [email protected]
3
LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE AMBIENTALE
LA POPOLAZIONE E LE SUE DINAMICHE
LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE
DEI SISTEMI NATURALI E UMANI
SISTEMI
ECOLOGICI
POPOLAZIONE – gruppo di organismi della stessa specie che occupano una determinata
area in un determinato tempo.
Dinamica: Variazione nel tempo della struttura della popolazione
N = B – M + I – E
B = numero delle nascite= b N
b=tasso di natalità
M = numero delle morti = d N
d=tasso di mortalità
I = immigrati
E = emigrati
I tassi di natalità e mortalità dipendono dalla composizione della popolazione (oltre che
dalle condizioni ambientali) e si ricavano in base alle tavole di mortalità
Evoluzione: Variazione nel tempo dei caratteri della popolazione
Selezione naturale:
•
Stabilizzante
•
Direzionale
•
Disruptiva (speciazione – formazione di nuove popolazioni)
Speciazione
Tipologie di riproduzione e ciclo biologico
Tavole di mortalità
Dinamica di popolazione: modello esponenziale o Malthusiano
Il reverendo Thomas
Robert Malthus
(1766-1834)
Saggio sul principio di popolazione (1803)
Le sue osservazioni partono dallo studio delle
colonie inglesi del New England, dove la
disponibilità "illimitata" di nuova terra fertile ha
permesso uno sviluppo "naturale" della
popolazione con una progressione geometrica
mentre, dove ciò non è possibile, si verificano
periodiche carestie con conseguenti epidemie.
Una popolazione tende a crescere in progressione
geometrica, quindi più velocemente della disponibilità di
alimenti, che crescono invece in progressione
aritmetica.
Questa teoria sarà poi ripresa da altri economisti per
teorizzare l'esaurimento del carbone prima, e del
petrolio dopo.
MODELLO DI CRESCITA ESPONENZIALE O GEOMETRICO
(riproduzione continua)
dN
 r  (b  d )
Ndt
Nt
t
dN
N N  0 r  dt
0
ln Nt  ln N0  rt
IPOTESI:
Crescita indipendente dalla
r è il tasso di crescita costante densità
- ovvero, differenza tra tassi di
b è il tasso di natalità
natalità e mortalità costante
d è il tasso di mortalità
Nt
 e rt
N0
N
In quanto tempo la popolazione raddoppia?
Nt
 e rt =2
N0
ln
Nt2
N0
 ln 2  rt 2
ln 2
t2 
r
2 N0
N0
0
0
t2
t
E’ REALISTICO IPOTIZZARE UN TASSO DI CRESCITA COSTANTE ?
NATALITA’ E MORTALITA’ IN ALCUNE NAZIONI
SVEZIA
FRANCIA
‰
‰
tasso natalità
tasso mortalità
‰
GIAPPONE
“Fire horse”
ITALIA
E’ REALISTICO IPOTIZZARE UN TASSO DI CRESCITA COSTANTE ?
In situazioni reali, all’aumentare della densità di popolazione i tassi di natalità
tendono a convergere per effetto dei limiti ambientali
N
b
K
d
N0
K
N
t
L’accrescimento della popolazione ha un limite superiore (K) che è chiamato capacità
portante (carring capacity)
REGOLAZIONE DENSITA’ –DIPENDENTE E RESISTENZA AMBIENTALE
K
N
Interazioni
Risorse alimentari
Autoregolazione
Esodi
Sovraffollamento
Inquinamento, rifiuti
N0
0
0
t
Fattori culturali
Malattie epidemiche
Conflitti
MODELLO DI CRESCITA LOGISTICA O SIGMOIDE (riproduzione continua)
dN
 K  N  rmax è il tasso di crescita massimo
 r  rmax 
Ndt
 K  K è la capacità portante (carring capacity)
K
Nt 
 1  [( K  N 0 ) / N 0 ]e rmaxt
N
IPOTESI:
Crescita dipendente dalla
densità
- ovvero decrescente
all’approssimarsi della
capacità portante
K
Quando la velocità di crescita è massima?
K  N 
r  rmax 
 K 
N  N0
Quando la velocità di crescita è minima (si arresta)? N
0
dN
r 0
Ndt
N K
0
0
t
IPOTESI:
Crescita dipendente dalla densità
- ovvero decrescente all’approssimarsi
della capacità portante
MODELLO DI CRESCITA LOGISTICA O SIGMOIDE
dN
K  N 
 r  rmax 
Ndt
 K 
Allora vale la seguente relazione?
K  N 
rmax 
 (b  d )

 K 
N
b
K
d
N0
K
N
E se la capacità portante varia?
t
CHE SUCCEDE IN DINAMICHE DI POPOLAZIONI A RIPRODUZIONE DISCRETA?
In casi di riproduzione discreta (ed eventualmente generazioni sovrapposte) , la
dimensione di popolazione può superare la capacità portante. Per N>K, l’aumento
del tasso di mortalità e la riduzione del tasso di natalità determina un croll o
ritardato di N
N
b
K
d
N0
K
N
t
Si generano percio’ fluttuazioni cicliche o caotiche della dimensione di popolazione
MODELLO DI CRESCITA LOGISTICA O SIGMOIDE
(riproduzione discreta e generazioni non
sovrapposte)
Nt 1  Nt e
r max =1
K
 K N t 
rmax 

 K 
All’aumentare del tasso di crescita si
passa dalla possibilità di raggiungimento
di un equilibrio stabile a fluttuazioni
regolari fino a dinamiche di tipo
“caotico”.
r max =2
K
r max =3
K
POPOLAZIONE – gruppo di organismi della stessa specie che occupano una determinata
area in un determinato tempo.
Dinamica: Variazione nel tempo della struttura della popolazione
N = B – M + I – E
B = numero delle nascite= b N
b=tasso di natalità
M = numero delle morti = d N
d=tasso di mortalità
I = immigrati
E = emigrati
I tassi di natalità e mortalità dipendono dalla composizione della popolazione (oltre che
dalle condizioni ambientali) e si ricavano in base alle tavole di mortalità
Evoluzione: Variazione nel tempo dei caratteri della popolazione
Selezione naturale:
•
Stabilizzante
•
Direzionale
•
Disruptiva (speciazione – formazione di nuove popolazioni)
Speciazione
TIPOLOGIE DI SELEZIONE NATURALE
I FRINGUELLI DI DARWIN