Dispersione (biologia)

In biologia ed ecologia il termine dispersione indica l'insieme dei fenomeni in base ai quali un organismo vivente si separa geograficamente dalla popolazione d'origine, colonizzando un nuovo territorio. Tecnicamente, la dispersione è definita come qualsiasi movimento che abbia il potenziale di portare a flusso genico.

L'atto della dispersione comprende tre fasi: partenza, trasferimento e insediamento. Ciascuna fase è associata a specifici costi e benefici in termini di fitness. Semplicemente spostandosi da una porzione di habitat a un'altra, la dispersione di un individuo può influenzare non solo la propria fitness, ma anche processi più ampi come la dinamica delle popolazioni, la genetica delle popolazioni e la distribuzione delle specie. Comprendere le conseguenze della dispersione, sia a livello evolutivo sia ecosistemico, richiede l'analisi delle sue modalità, delle distanze percorse dagli organismi e dei meccanismi coinvolti. La dispersione biologica può essere correlata alla densità di popolazione. L'intervallo di variazione della localizzazione di una specie determina il suo raggio di espansione.

La dispersione biologica può essere contrapposta alla geo-dispersione, che si riferisce al mescolamento di popolazioni precedentemente isolate (o di intere biocenosi) in seguito all'erosione di barriere geografiche alla dispersione o al flusso genico.

La dispersione può essere distinta dalla migrazione animale (tipicamente un movimento stagionale di andata e ritorno), sebbene nella genetica delle popolazioni i termini "migrazione" e "dispersione" siano spesso usati in modo intercambiabile.

Inoltre, la dispersione biologica è influenzata e limitata da diverse condizioni ambientali e individuali. Ciò influenza profondamente gli organismi e la loro capacità di adattare le strategie dispersive alle condizioni ecologiche.

Tipi di dispersione

Alcuni organismi sono mobili per tutta la loro vita, mentre altri sono adattati a muoversi (o a essere trasportati) solo durante specifiche e limitate fasi del loro ciclo vitale. Questa fase è comunemente chiamata fase dispersiva. Le strategie che caratterizzano l'intero ciclo vitale di un organismo sono spesso influenzate dalla natura e dalle condizioni di questa fase dispersiva.

In generale, esistono due tipi fondamentali:

Dispersione passiva Nella dispersione passiva, gli organismi non sono in grado di muoversi autonomamente, ma utilizzano altri metodi per ottenere una riproduzione efficace o per colonizzare nuovi habitat. Gli organismi hanno sviluppato adattamenti alla dispersione che sfruttano varie forme di energia cinetica presenti naturalmente nell'ambiente. Ciò può avvenire sfruttando l'acqua, il vento o animali capaci di effettuare una dispersione attiva.

In molti casi la dispersione attiva può essere influenzata dalla densità della popolazione.

Alcuni organismi sono capaci di movimento durante la fase larvale. Questo è comune in alcuni invertebrati, pesci, insetti e organismi sessili come le piante, che dipendono da vettori animali, dal vento, dalla gravità o dalle correnti per disperdersi.

Alcuni invertebrati, come spugne marine e coralli, rilasciano i loro gameti nell'acqua. In questo modo possono riprodursi con successo: gli spermatozoi si muovono attivamente nell'acqua, mentre le uova vengono trasportate dalle correnti. Le piante utilizzano strategie simili, affidandosi alle correnti d'acqua, al vento o agli animali per trasportare i loro gameti. Semi, spore e frutti possiedono spesso adattamenti specifici che facilitano il loro movimento.

Dispersione attiva (dispersione dipendente dalla densità) Nella dispersione attiva, un organismo si sposta tra diverse località utilizzando le proprie capacità innate. L'età non rappresenta un limite, poiché i cambiamenti di posizione sono comuni sia negli animali giovani sia negli adulti. L'estensione della dispersione dipende da diversi fattori, tra cui densità di popolazione, competizione per le risorse, qualità ambientale e dimensione dell'habitat.

Per questo motivo, la dispersione attiva è spesso influenzata dalla densità della popolazione, che condiziona il movimento degli individui. Tuttavia, questo effetto si manifesta in modo diverso tra le varie fasce d'età, producendo differenti livelli di dispersione.

Per quanto riguarda la dispersione attiva, gli animali capaci di muoversi liberamente su grandi distanze sono quelli più adatti, generalmente tramite il volo, il nuoto o il cammino. Tuttavia, esistono limitazioni imposte dalla posizione geografica e dall'habitat. Gli animali terrestri che si spostano camminando possono incontrare maggiori ostacoli alla dispersione rispetto agli organismi volatori o acquatici. Sebbene alcuni animali terrestri possano percorrere grandi distanze a piedi, il camminare richiede più energia rispetto al volo o al nuoto, soprattutto in condizioni ambientali sfavorevoli.

A causa della densità di popolazione, la dispersione può ridurre la pressione sulle risorse all'interno di un ecosistema, e la competizione per tali risorse può rappresentare un fattore selettivo per i meccanismi di dispersione. La dispersione degli organismi è un processo fondamentale per comprendere sia l'isolamento geografico nell'evoluzione attraverso il flusso genico, sia i grandi modelli delle attuali distribuzioni geografiche delle specie (biogeografia).

Si distingue spesso tra dispersione natale, in cui un individuo (spesso giovane) si allontana dal luogo in cui è nato, e dispersione riproduttiva, in cui un individuo (spesso adulto) lascia un luogo di riproduzione per riprodursi altrove.

Costi e benefici

Nel senso più ampio, la dispersione avviene quando i benefici in termini di fitness derivanti dal movimento superano i suoi costi.

Esistono numerosi vantaggi della dispersione, come la possibilità di trovare nuove risorse, sfuggire a condizioni sfavorevoli, evitare la competizione con i fratelli e prevenire l'accoppiamento con individui strettamente imparentati, che potrebbe portare a depressione da consanguineità. Esistono però anche diversi costi associati alla dispersione, che possono essere considerati secondo quattro principali aspetti: energia, rischio, tempo e opportunità.

I costi energetici comprendono l'energia aggiuntiva necessaria per il movimento e l'investimento energetico nelle strutture che lo rendono possibile (ad esempio le ali). I rischi includono un aumento delle probabilità di ferite e mortalità durante la dispersione, oltre alla possibilità di stabilirsi in un ambiente sfavorevole. Il tempo impiegato per disperdersi è tempo che spesso non può essere dedicato ad altre attività, come la crescita e la riproduzione. Inoltre, la dispersione può causare depressione da esogamia se un individuo è meglio adattato al proprio ambiente natale rispetto a quello in cui finisce per stabilirsi. Negli animali sociali (come molti uccelli e mammiferi), un individuo che si disperde deve trovare e unirsi a un nuovo gruppo, il che può comportare una perdita del rango sociale.

Raggio di dispersione Il raggio di dispersione indica la distanza massima che individui o propaguli possono percorrere a partire dalla popolazione d'origine. Un ecosistema dipende in modo cruciale dalla capacità di individui e popolazioni di disperdersi da una porzione di habitat a un'altra. Per questo motivo, la dispersione biologica è fondamentale per la stabilità degli ecosistemi.

Ambienti urbani e raggio di dispersione Le aree urbane esercitano effetti particolari sul raggio e sulle capacità di dispersione di diversi organismi. Per le specie vegetali, gli ambienti urbani offrono spesso nuovi vettori di dispersione. Sebbene animali e fattori fisici (come vento e acqua) abbiano svolto questo ruolo per secoli, recentemente i veicoli a motore sono stati considerati importanti mezzi di dispersione. È stato osservato che i tunnel che collegano ambienti rurali e urbani facilitano il trasporto di grandi quantità e varietà di semi dalle città verso le campagne. Questo potrebbe favorire la diffusione di specie invasive lungo il gradiente urbano-rurale.

Un altro esempio degli effetti dell'urbanizzazione si osserva lungo i fiumi. L'urbanizzazione ha portato all'introduzione di diverse specie invasive attraverso piantagioni dirette o dispersione tramite il vento. A loro volta, i fiumi situati vicino a queste piante invasive sono diventati importanti vettori di dispersione. I fiumi possono infatti collegare i centri urbani agli ambienti rurali e naturali. I semi delle specie invasive possono essere trasportati dai fiumi verso aree naturali poste a valle, ampliando notevolmente l'area colonizzabile.

Al contrario, gli ambienti urbani possono anche rappresentare un limite per alcune strategie di dispersione. L'influenza umana dovuta all'urbanizzazione modifica profondamente la struttura del paesaggio, limitando le possibilità di dispersione di molti organismi. Questi cambiamenti sono particolarmente evidenti nelle relazioni tra impollinatori e piante da fiore. Poiché il raggio ottimale di sopravvivenza degli impollinatori è limitato, diminuisce anche il numero di siti disponibili per l'impollinazione. Di conseguenza, si riduce il flusso genico tra popolazioni distanti, causando una diminuzione della diversità genetica in ciascuna area.

Allo stesso modo, è stato dimostrato che l'urbanizzazione influisce sul flusso genico di specie molto diverse tra loro, come topi e pipistrelli. Sebbene queste specie abbiano nicchie ecologiche e strategie di vita differenti, l'urbanizzazione limita le strategie di dispersione di entrambe le popolazioni. Ciò porta a isolato genetico e a una riduzione del flusso genico. Nel caso dei topi, l'effetto è risultato più marcato, ma anche nei pipistrelli si è osservato un leggero aumento della consanguineità.

Vincoli ambientali Poche specie sono distribuite in modo uniforme o casuale all'interno dei paesaggi. In generale, le specie variano notevolmente nello spazio in relazione alle caratteristiche ambientali che influenzano il loro successo riproduttivo e la persistenza delle popolazioniGroom MJ, Meffe GK, Carroll CR (2005). Principles of Conservation Biology. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc. ISBN 978-0-87893-597-0..

La distribuzione spaziale delle caratteristiche ambientali (come le risorse) permette agli individui di sfuggire a condizioni sfavorevoli e di cercare nuovi luoghiTurner MG, Gardner RH, O'Neill, Robert V (2001). Landscape Ecology: In theory and practice, pattern and process. New York: Springer. ISBN 978-0-387-95123-2.. Questo consente agli organismi di "testare" nuovi ambienti per verificarne l'idoneità, purché si trovino all'interno dell'area geografica della specie. Inoltre, la capacità di disperdersi in ambienti che cambiano gradualmente può permettere a una popolazione di sopravvivere a condizioni estreme, come il cambiamento climatico.

Con il cambiamento del clima, prede e predatori devono adattarsi per sopravvivere. Questo rappresenta una sfida ecologica significativa per molte specie, tra cui i pinguini saltarocce meridionali. Essi riescono a vivere in una varietà di climi grazie alla loro plasticità fenotipica. Tuttavia, si prevede che in questo caso reagiscano principalmente tramite dispersione piuttosto che adattamento. Ciò è spiegato dalla loro lunga durata di vita e dalla lenta microevoluzione. I pinguini delle regioni subantartiche hanno comportamenti alimentari molto diversi rispetto a quelli delle acque subtropicali; sarebbe molto difficile sopravvivere seguendo il rapido cambiamento climatico, poiché tali comportamenti hanno richiesto anni per svilupparsi.

Barriere alla dispersione