Diapositiva 1

II WORKSHOP
PROGETTO FINALIZZATO DI RICERCA
CAMBIAMENTI CLIMATICI E AGRICOLTURA
Roma, 3 – 4 Aprile 2003
Maurizio Severini e Roberta Alilla
Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima
ISAC – CNR, Sezione di Roma
L’ Effetto della Variazione del Clima
sulle Popolazioni Naturali
Popolazione naturale:
insieme degli individui della stessa Specie biologica
che vivono nello stesso intervallo spazio-temporale.
Esempi:
• le pecore di un gregge,
• le mosche tse tse in un comprensorio,
• l’ Artemia franciscana nel Grande Lago Salato,
• le balene dell’Oceano Pacifico,
• gli insetti di una Specie parassita in una coltura,
• le piante di frumento di un campo coltivato,
• le gemme a fiore di un pescheto,
• gli individui della Specie Homo sapiens
all’interno dei confini di uno Stato.
Funzione di stato:
Numerosità (o Densità) N = N(t)
Modello Dinamico
ΦB(t)
ΦI(t)
N(t)
ΦD(t)
dN (t )
  B (t )   I (t )   D (t )   E (t )
dt
ΦE(t)
ΦB(t) Flusso di natalità [individui/giorno]
ΦI(t) Flusso di immigrazione [individui/giorno]
ΦD(t) Flusso di mortalità [individui/giorno]
ΦE(t) Flusso di emigrazione [individui/giorno]
 B (t )  B  N (t )
 I (t )  I  N (t )
 D (t )  D  N (t )
 E (t )  E  N (t )
dN (t )
 ( B  I  D  E )  dt
N (t )
Popolazioni Pluricellulari
uovo k = 1
larva k = 2
B  Bk
I  Ik
D  Dk
E  Ek
N  N k (t )
pupa k = 3
adulto k = 4
Stadi fenologici
Popolazione con struttura d’età
Ciclo Vitale
N1(t)
N2(t)
t
Età fisiologica
   (t )   R[T ( )]  d
0
N3(t)
N4(t)
R[T]
Tasso di sviluppo
α = 0 per t = 0 ingresso
α = 1 per t = tk uscita
1
1
reciproco del
R
[
T
]


Tasso di sviluppo è per definizione: k
t k [T ] jk [T ] tempo di sviluppo
jk
Somma dei tassi 1   R[T j ]
… versione discreta del tempo fisiologico
j 1
Se R[T] è lineare
R[T ]  C  (T  T0 )
Applicando il teorema
della media
(T  T0k )  jk  costante
Questo vale solo per le
e
Tj
jk
1
  (T j  T0 k )
Somma termica
Ck j 1
temperatura media giornaliera
(ambiente fisico)
T0k zero di sviluppo (caratteristica biologica)
1/Ck fabbisogno termico (caratteristica biologica)
Viventi pecilotermi
 TUTTI I VEGETALI
 BATTERI
 ALGHE
 FUNGHI
 PROTOZOI
 ZOOPLANCTON
 CELENTERATI
 ANELLIDI
 ARTROPODI (2 MILIONI DI SPECIE)
 PESCI E ANFIBI (NEGLI STADI IMMATURI)
 GLOBULI ROSSI DEL SANGUE
RT   C  T  T0 
T  B 
RT   C  exp 

 A 
 B
RT   C  exp   
 T
2C
RT   T  D
A
 B D T
C
RT  
1  exp  A  B  T 
Reaùmur, 1735
Boussignault, 1837
De Gasparin, 1844
Coutagne, 1882
0.05
Tasso Rk[T] [d-1]
RT   T
R = R[T]
0.04
0.03
0.02
0.01
TMAX
Price, 1909
Janisch, 1933
TV
TL
T0
125
Tempo tk[T] [d]
Funzione Tasso
100
Stinner, 1974

D  T 

RT   C  exp  A  T   exp  A  D 
 Logan,1976
B 


75
50
B

25
T  exp  A  
T

RT  
Sharpe & D.M, 1977
D
F


1  exp  C    exp  E  
T
T


10
20
30
Temperatura (°C)
0.05
Tasso Rk[T] [d-1]
Tasso Rk[T] [d-1]
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
TV
0.04
0.03
0.02
TV
0.01
TMAX
T0=6°C
TMAX
TL=22°C
T0=10°C
125
Tempo tk[T] [d]
Tempo tk[T] [d]
125
TL=20°C
100
75
50
25
10
20
30
Temperatura (°C)
100
75
50
25
10
20
30
Temperatura (°C)
semina - germogli
oviposizione - schiusa
Tasso Rk[T] [d-1]
0.20
0.15
0.10
0.05
Tasso Rk[T] [d-1]
0.25
0.04
0.03
0.02
0.01
T0=8°C
0.20
0.15
TL=28°C
TL=29°C
1.00
oviposizione - adulti
0.10
0.05
TL=23°C
T0=8°C
Sopravvivenza
Tasso Rk[T] [d-1]
0.25
0.75
0.50
0.25
0.05
T0=12°C
10
10
20
30
Temperatura (°C)
20
30
Temperatura (°C)
oviposizione - adulto
semina - germogli
0.15
Tasso Rk[T] [d-1]
0.08
0.06
0.04
0.02
T0=4°C
schiusa - fioritura
Tasso Rk[T] [d-1]
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
T0=2°C
0.12
0.09
0.06
0.03
TL=17°C
0.15
Tasso Rk[T] [d-1]
Tasso Rk[T] [d-1]
0.10
T0=12°C
TL=27°C
gamont - sporoziote
0.12
0.09
0.06
0.03
TL=29°C
TL=12°C
10
20
30
Temperatura (°C)
T0=13°C
10
20
30
Temperatura (°C)
Sviluppo Stocastico
larve
uova
stadio embrionale
larve
stadio larvale
pupe
pupe
stadio di pupa
tempo
tempo
tempo
adulti
Modello a Ritardo Distribuito (Manetsch, 1976)
 h (t )  H  R[T ]   h1 (t )   h (t )
(h  1,2,..., H )
H

H  R[T ]
 H (t ) 
 t H 1  exp  H  R[T ]  t 
H  1!
Distribuzione di Erlang
… la distribuzione dei tempi di sviluppo di una coorte è asimmetrica
T2 > T1
tempo
tk(T2)
tk(T1)
Pioppo, Canada, 100 anni: anticipo 26 giorni (Beaubien et al., 2000)
Macchia mediterranea, 50 anni: anticipo 16 giorni (Penũelas et al., 2002)
Giardini fenologici, Nord Europa e Nord America, 30 anni: anticipo 6 giorni (Menzel et al. 1999)
Indice di verde, 45°-70°Nord, 9 anni: anticipo 8 giorni (Myneni et al., 1997)
Macchia mediterranea, 50 anni: allungamento 29 giorni (Penũelas et al., 2002)
Giardini fenologici, Nord Europa ed America, 30 anni: allungamento 11 giorni (Menzel et al. 1999)
Indice di verde, Nord Eurasia, 9 anni: allungamento 18 giorni (Myneni et al., 1997)
Margine conifere subalpine, Nord America, 100 anni: spostamento verso Nord (Peterson, 1994)
Lepidotteri, Olanda, 20 anni: anticipo del volo 12 giorni (Ellis et al., 1997)
Lepidotteri, Spagna, 50 anni: anticipo del volo 11 giorni (Penũelas et al., 2002)
Afidi, Inghilterra, 25 anni: anticipo del volo 6 giorni (Fleming et al., 1995)
Lepidotteri, 22 Specie, Europa, 100 anni: spostamento 35-240 Km Nord (Parmesan, 1999)
Lepidotteri, 2 Specie, Europa, 100 anni: spostamento verso Sud (Parmesan, 1999)
Anofele, Nuova Guinea, Tanzania, Kenya: spostamento oltre quota 2000 m (Epstein et al., 1998)
Anfibi, Stati Uniti, 100 anni: anticipo del canto 10 giorni (Gibbs, 2001)
Anfibi, Inghilterra, 16 anni: anticipo oviposizione 10 giorni (Beebee, 1995)
Uccelli, 20 Specie, Inghilterra, 25 anni: anticipo oviposizione 9 giorni (Crick, 1997)
Uccelli, 1 Specie, Inghilterra, 25 anni: ritardo oviposizione (Crick, 1997)
Marmotte, Stati Uniti, 23 anni: anticipo uscita letargo 38 giorni (Inouye et al., 2000)
Piccoli mammiferi, 19 Specie, Stati Uniti: spostamento verso Nord (Davis et al., 1992)