Erbivoria ed Evoluzione negli Ecosistemi Acquatici

Gli ecosistemi naturali sono composti da tanti organismi diversi che interagiscono tra loro in vari modi. Queste interazioni possono essere dirette, come quando un animale mangia un altro, o indirette, il che significa che l'effetto di una specie su un'altra avviene attraverso una terza specie. Capire come questi effetti indiretti modellano l'evoluzione delle specie in diverse comunità è abbastanza difficile.

Quando gli scienziati studiano le interazioni tra due specie, di solito si concentrano solo su quelle due. Ma nel mondo reale, è molto più complicato perché molte specie sono collegate attraverso varie interazioni. Per esempio, gli effetti indiretti possono portare a cambiamenti nella popolazione di una specie, che poi possono influenzare altre specie nella comunità. I modelli teorici suggeriscono che queste interazioni indirette possono guidare l'evoluzione delle specie che dipendono l'una dall'altra per sopravvivere. Tuttavia, non ci sono molti esempi reali che dimostrino questo chiaramente.

#L'importanza dell'erbivoria e della competizione

In molti ecosistemi, ci sono tante interazioni antagonistiche, come le piante mangiate da erbivori o la competizione tra diverse specie per le risorse. Negli ecosistemi di acqua dolce, come fiumi e stagni, alcune piante chiamate macrofite possono essere colpite sia dagli animali di terra che da quelli acquatici che si nutrono di loro. Per esempio, queste piante competono con minuscole organismi vegetali chiamati Fitoplancton per nutrienti e luce nell'acqua.

Il processo di erbivoria, dove gli erbivori mangiano le piante, può avere un impatto significativo sulla popolazione delle piante e sulla struttura generale della comunità. Questo studio ha esaminato se gli erbivori terrestri potessero guidare cambiamenti nell'evoluzione delle specie che vivono in acqua.

#Impostazione dell'esperimento

Per esplorare questa idea, i ricercatori hanno creato stagni sperimentali all'aperto per simulare una comunità naturale. Hanno coltivato un tipo specifico di Lenticchia d'acqua chiamata Spirodela polyrhiza in questi stagni e hanno introdotto un erbivoro chiamato afide della ninfea. Hanno variato quanti afidi potevano nutrirsi della lenticchia d'acqua e hanno monitorato i cambiamenti che si sono verificati nell'ecosistema dello stagno nel tempo, in particolare nella popolazione di Daphnia magna, un piccolo crostaceo che si nutre di fitoplancton.

Guardando a come le diverse specie interagivano tra loro, i ricercatori sono stati in grado di misurare gli effetti dell'erbivoria non solo sulla lenticchia d'acqua ma anche su Daphnia e sull'intera comunità acquatica.

#Risultati dell'erbivoria

La presenza di erbivori afidi ha influenzato la crescita della lenticchia d'acqua. I ricercatori hanno scoperto che, quando c'erano afidi, la popolazione di lenticchia d'acqua si riduceva notevolmente. Non solo gli afidi limitavano la crescita della lenticchia, ma portavano anche a un aumento della popolazione di Daphnia, che si nutrono di fitoplancton. Questa catena di interazioni è nota come cascata trofica, dove un cambiamento nell'ecosistema porta a una serie di cambiamenti in tutta la rete alimentare.

La crescita del fitoplancton aumentava quando la lenticchia d'acqua faticava a crescere a causa dell'erbivoria. Man mano che il fitoplancton cresceva, anche la popolazione di Daphnia, che si nutriva di esso, cresceva. Nel tempo, le Daphnia divennero più abbondanti dove avveniva l'erbivoria rispetto alle aree senza afidi.

Lo studio ha anche trovato che i cambiamenti nella comunità acquatica influenzavano diversi fattori nell'acqua, inclusi i livelli di fosforo e la temperatura. Insieme, questi cambiamenti dimostrano come l'erbivoria influisca sia sugli organismi viventi che sull'ambiente nell'ecosistema.

#Evoluzione di Daphnia magna

Dopo aver osservato come l'erbivoria influenzasse le popolazioni, i ricercatori volevano vedere se questi cambiamenti portassero anche a cambiamenti evolutivi nelle Daphnia. Hanno guardato a come la popolazione di Daphnia magna si evolveva nel tempo e se la loro resistenza a un comune parassita microbico, Pasteuria ramosa, cambiasse.

Hanno utilizzato marcatori genetici per esaminare le popolazioni di Daphnia provenienti dagli stagni. Nel corso dell'esperimento, alcune popolazioni di Daphnia hanno mostrato diversi livelli di attaccamento al parassita. Quelli che vivevano negli stagni con erbivoria mostravano probabilità di attaccamento più basse a certe ceppi del parassita rispetto a quelle provenienti da stagni di controllo. Questo indica che potrebbero essersi adattate geneticamente per essere meno suscettibili all'infezione.

Durante i due anni dello studio, i ricercatori hanno monitorato i cambiamenti nella composizione genetica delle popolazioni di Daphnia. Hanno trovato forti segni di selezione a causa dei vari livelli di erbivoria, dimostrando che tali interazioni possono guidare cambiamenti genetici significativi in una popolazione.

#Risposte adattative e feedback della comunità

I ricercatori hanno anche condotto esperimenti di trapianto per confermare che i cambiamenti osservati erano davvero risposte adattative. Le Daphnia degli stagni con erbivoria mostrano tassi di crescita migliori quando venivano rimessi in ambienti simili rispetto a quelle provenienti dagli stagni di controllo.

Questo suggerisce che le popolazioni di Daphnia si erano adattate ai loro ambienti specifici, il che significa che erano più adatte a prosperare in presenza di erbivori. I risultati evidenziano che l'evoluzione basata su interazioni indirette può portare a vantaggi adattativi nel tempo.

Dopo l'evoluzione delle Daphnia, i ricercatori hanno anche guardato a come questi cambiamenti influenzassero le interazioni tra erbivori come gli afidi e la lenticchia d'acqua. La crescita della lenticchia d'acqua variava a seconda del tipo di ambiente: quelle negli stagni con erbivoria mostravano cambiamenti nei tassi di crescita quando gli afidi erano presenti o assenti.

Il ciclo di feedback tra lenticchia d'acqua e Daphnia, influenzato dagli afidi, dimostra quanto siano interconnesse queste specie. Il tasso di crescita della lenticchia d'acqua e il successo degli afidi erano entrambi influenzati dai cambiamenti nella comunità acquatica, indicando che ci sono molte interazioni indirette in gioco.

#Sintesi

Questo studio illustra l'importanza delle interazioni ecologiche indirette negli ecosistemi naturali. Manipolando l'erbivoria e osservando i cambiamenti risultanti, i ricercatori hanno mostrato come tali dinamiche possano influenzare non solo le strutture comunitarie ma anche guidare cambiamenti evolutivi nelle specie nel corso delle generazioni.

Il lavoro sottolinea l'interconnessione delle specie all'interno degli ecosistemi e come i cambiamenti in una specie possano creare un effetto a catena che impatta molte altre, portando a adattamenti che possono plasmare il futuro di queste popolazioni. Questi risultati contribuiscono a una comprensione più ampia delle dinamiche eco-evolutive e dell'equilibrio intricato della vita negli habitat di acqua dolce.