Espansione delle Specie: Conta Più il Paesaggio o i “Superpoteri” degli Invasori? Ce lo Dice una Simulazione

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel mondo dell’ecologia, per esplorare un fenomeno tanto comune quanto complesso: l’espansione delle popolazioni in nuovi territori. A volte succede per cause naturali, magari perché una barriera come una montagna viene superata, o perché il clima cambia e rende ospitali zone prima proibitive. Ma, siamo onesti, sempre più spesso siamo noi umani a metterci lo zampino, trasportando specie da un continente all’altro. E quando queste specie “aliene” si trovano bene e iniziano a diffondersi, possono diventare invasive, creando non pochi grattacapi alla biodiversità locale e alle nostre attività.

Ecco, la domanda che mi (e molti scienziati) assilla è: cosa determina veramente la velocità e il successo di questa espansione? È più una questione di come è fatto il paesaggio che la specie deve attraversare, o c’entra qualcos’altro, magari legato alle capacità stesse degli individui che si trovano in prima linea?

La Grande Domanda: Cosa Guida l’Espansione? Spatial Sorting vs. Paesaggio

Immaginate una popolazione che inizia a espandersi. Due fattori principali entrano in gioco. Da un lato c’è il paesaggio: la presenza di habitat adatti (come stagni per una rana), la loro densità, e come sono disposti gli altri elementi (campi, boschi, strade) che possono facilitare o ostacolare gli spostamenti. Chiamiamo questa la struttura del paesaggio.

Dall’altro lato, c’è un fenomeno intrigante chiamato spatial sorting (che potremmo tradurre come “selezione spaziale”). L’idea, detta anche “ipotesi del villaggio olimpico”, è che gli individui più abili a disperdersi, i “velocisti” della popolazione, tendono a trovarsi sul fronte dell’espansione. Lì si incontrano, si riproducono, e i loro figli ereditano questa spiccata capacità di movimento. Generazione dopo generazione, questo processo può portare a un aumento progressivo della capacità di dispersione proprio all’avanguardia dell’onda di espansione, facendola accelerare nel tempo. È come se la popolazione sviluppasse dei “superpoteri” di movimento proprio dove serve di più.

Questi due fattori – struttura del paesaggio e spatial sorting – sono stati studiati, ma spesso separatamente. La vera sfida è capire quanto pesano relativamente l’uno rispetto all’altro. Cosa conta di più? Un paesaggio favorevole o l’abilità crescente degli invasori nel muoversi?

Il Nostro Laboratorio Digitale: La Simulazione con Xenopus laevis

Per cercare di rispondere, abbiamo deciso di usare un approccio di modellistica, una sorta di esperimento virtuale. Abbiamo scelto come protagonista una vecchia conoscenza (purtroppo) del mondo delle invasioni biologiche: la rana artigliata africana, Xenopus laevis. Questa specie, originaria dell’Africa meridionale e famosa per il suo uso nella ricerca biomedica (era il test di gravidanza “vivente”!), è stata introdotta in varie parti del mondo, inclusa la Francia occidentale, dove si è espansa notevolmente dagli anni ’80.

Abbiamo usato dati reali:

• Le capacità di dispersione della rana, misurate sul campo.
• I “costi” di movimento attraverso diversi tipi di ambiente (acqua, asfalto, bosco, prato…), determinati sperimentalmente proprio sulla popolazione francese. Ad esempio, muoversi sull’erba costa molto di più che nuotare.
• Mappe dettagliate del paesaggio (ottenute da immagini satellitari) delle aree invase e circostanti in Francia (zona Ovest e area di Bordeaux), con una risoluzione di 5 metri!

Con questi ingredienti, abbiamo usato un software chiamato UNICOR, che simula come una popolazione può colonizzare un territorio basandosi sui percorsi a minor “costo” (resistenza) e sulla capacità di dispersione della specie. Abbiamo diviso le grandi mappe in “finestre” di 30×30 km, ognuna con un paesaggio unico, e abbiamo simulato la colonizzazione partendo da uno stagno centrale.

Cos’è lo Spatial Sorting? Spiegato Semplice

Prima di vedere i risultati, torniamo un attimo sullo spatial sorting. Immaginate il fronte di un’invasione come la linea di partenza di una gara. Chi arriva per primo? Ovviamente i più veloci, quelli che si disperdono meglio. Questi “atleti” si accoppiano tra loro, e i loro figli hanno buone probabilità di essere anch’essi ottimi dispersori. Man mano che l’invasione procede, sul fronte si concentrano sempre più individui con geni favorevoli alla dispersione. Questo fa sì che, nel tempo, la velocità media di espansione possa aumentare. Non è un cambiamento evolutivo nel senso classico che richiede molte generazioni, ma un effetto di “smistamento” spaziale che concentra le caratteristiche giuste al posto giusto.

Paesaggio: Non Solo uno Sfondo

E il paesaggio? Non è solo lo scenario in cui avviene l’espansione. Abbiamo considerato due aspetti principali:

1. Densità dell’habitat: Nel nostro caso, quanti stagni (l’habitat preferito dalla Xenopus) ci sono per chilometro quadrato in ogni finestra. Più stagni ci sono, più “approdi” sicuri trova la rana durante la sua espansione.
2. Configurazione del paesaggio: Qui guardiamo a come sono organizzati i diversi tasselli del mosaico ambientale. Usando indici specifici, abbiamo misurato:
   • Coesione e Contagio: Quanto sono aggregati o frammentati i diversi tipi di ambiente (es. grandi aree uniformi vs. mosaico fine).
   • Densità dei margini: Quanta “frontiera” c’è tra tipi di ambiente diversi (es. tra un bosco e un campo).
   • Variazione dell’area delle patch: Quanto variano le dimensioni dei diversi appezzamenti di terreno.

L’idea era che paesaggi più semplici, con grandi aree omogenee non adatte (come vasti campi coltivati), potessero rallentare l’espansione aumentando le distanze tra gli stagni, mentre paesaggi più complessi o frammentati potessero avere effetti diversi, magari più difficili da prevedere.

L’Esperimento: Mettere alla Prova le Ipotesi

Nelle nostre simulazioni su 25 diverse finestre di paesaggio, abbiamo fatto partire la colonizzazione da uno stagno centrale e l’abbiamo seguita passo dopo passo (ogni “passo” rappresenta un potenziale evento di dispersione generazionale). Per ogni finestra, abbiamo ripetuto la simulazione variando tre cose:

1. Intensità dello Spatial Sorting (SSI): Abbiamo simulato tre scenari:
   • Controllo: la capacità di dispersione rimane costante.
   • SSI +2.5%: la distanza massima percorribile aumenta del 2.5% ad ogni passo.
   • SSI +5.0%: la distanza massima percorribile aumenta del 5.0% ad ogni passo.
2. Costo di resistenza dei fiumi: Poiché c’era incertezza su quanto i fiumi ostacolassero o facilitassero il movimento, abbiamo provato tre valori di resistenza diversi (basso, medio, alto).
3. Caratteristiche del paesaggio: Ogni finestra aveva la sua unica combinazione di densità di stagni e configurazione del paesaggio.

Abbiamo misurato la velocità di espansione calcolando quanto velocemente aumentava l’area colonizzata nel tempo (e anche il numero di stagni colonizzati e la distanza massima percorsa, ma i risultati erano molto simili).

Rullo di Tamburi… I Risultati!

E qui arriva il bello! Analizzando i dati di migliaia di simulazioni, sono emersi risultati piuttosto netti.

• Lo Spatial Sorting è un motore potentissimo: L’intensità dello spatial sorting (SSI) ha avuto un effetto enorme sulla velocità di colonizzazione. Più aumentavamo l’SSI (cioè più velocemente ipotizzavamo che le rane diventassero “super-dispersori” al fronte), più rapida era l’espansione. Questo fattore era presente in tutti i modelli statistici migliori.
• La Densità degli Stagni è fondamentale: Anche la densità degli stagni ha mostrato un effetto molto forte e positivo. Più stagni c’erano nella finestra, più velocemente la Xenopus la colonizzava. Logico, no? Più “isole felici” si trovano lungo il cammino, più facile è avanzare.
• Un’Interazione Esplosiva: Ancora più interessante, abbiamo trovato un’interazione significativa tra SSI e densità degli stagni. Cosa significa? Che l’effetto positivo della densità degli stagni diventava ancora più forte quando c’era uno spatial sorting intenso. In pratica, avere tanti stagni è utile, ma è super utile se gli individui al fronte sono anche diventati molto più bravi a raggiungerli grazie allo spatial sorting. L’espansione, in questo caso, accelera vertiginosamente.
• La Configurazione del Paesaggio? Sorprendentemente Poco Influente: E gli altri indici di configurazione del paesaggio (coesione, contagio, densità dei margini, variazione dell’area)? Qui la sorpresa: nei nostri modelli, questi fattori hanno avuto un’influenza limitata o nulla sulla velocità di espansione. I loro effetti erano molto più piccoli di quelli di SSI e densità degli stagni, e spesso non statisticamente significativi. Sembra che, almeno in questi paesaggi agricoli francesi e per questa specie, una volta che ci sono abbastanza stagni, come sono disposti gli altri elementi del paesaggio conti relativamente poco per la velocità di avanzata.
• Resistenza dei Fiumi: L’effetto del costo di resistenza dei fiumi è stato modesto. Solo il valore di resistenza più alto ha mostrato una differenza significativa, rallentando leggermente l’espansione rispetto ai costi più bassi.

Cosa Significa Tutto Questo?

Questi risultati hanno implicazioni importanti. Ci dicono che, almeno per la Xenopus laevis in questi ambienti, per prevedere la velocità di espansione di una popolazione (specialmente se invasiva), dobbiamo assolutamente considerare insieme la densità dell’habitat disponibile e il potenziale effetto dello spatial sorting. Quest’ultimo, in particolare, non può essere ignorato: la capacità di dispersione di una specie invasiva potrebbe non essere costante, ma aumentare proprio sul fronte dell’invasione, rendendola più veloce del previsto.

La configurazione del paesaggio, invece, sembra giocare un ruolo secondario in questo specifico contesto. Attenzione, questo non vuol dire che sia sempre irrilevante! Potrebbe essere più importante per altre specie, o in paesaggi molto diversi (es. estremamente frammentati o con barriere molto forti). Ma nel nostro caso, la disponibilità di “punti di appoggio” (gli stagni) e l’abilità intrinseca degli individui nel raggiungerli sembrano essere i veri protagonisti.

Questo è cruciale per la gestione delle specie invasive. Se dobbiamo decidere dove intervenire per rallentare un’invasione, o prevedere quanto tempo abbiamo prima che raggiunga un’area protetta, dobbiamo tenere conto che la “minaccia” potrebbe diventare più veloce nel tempo a causa dello spatial sorting, soprattutto se trova un’alta densità di habitat adatti sul suo cammino. Monitorare non solo dove si trova l’invasore, ma anche come potrebbero cambiare le sue capacità di dispersione al fronte, diventa fondamentale.

Cautele e Prospettive Future

Ovviamente, ogni studio ha i suoi limiti. Il nostro modello non include effetti legati alla densità della popolazione (che possono influenzare la dispersione) o feedback eco-evolutivi complessi. Inoltre, la resistenza esatta dei fiumi rimane un punto con qualche incertezza. E, come detto, i risultati sulla configurazione del paesaggio potrebbero non essere generalizzabili a tutti i contesti.

Tuttavia, credo che questo lavoro illumini un aspetto cruciale: l’interazione tra le caratteristiche intrinseche di una popolazione in espansione (come lo spatial sorting) e le caratteristiche estrinseche dell’ambiente (come la densità dell’habitat). È nella combinazione di questi fattori che si cela la chiave per comprendere e, speriamo, gestire meglio le dinamiche di espansione delle popolazioni, un fenomeno sempre più rilevante nel nostro mondo in continuo cambiamento.

La ricerca futura potrebbe esplorare paesaggi ancora più diversi, magari usando paesaggi artificiali generati al computer per testare condizioni estreme, o integrare modelli demografici più complessi. Ma già ora, il messaggio è chiaro: quando pensiamo all’espansione di una specie, non guardiamo solo la mappa, ma anche ai “superpoteri” che potrebbe sviluppare lungo la strada!

Fonte: Springer