Stabilità ecologica - Ecological stability

Si dice che un ecosistema possiede stabilità ecologica (o equilibrio ) se è in grado di tornare al suo stato di equilibrio dopo una perturbazione (una capacità nota come resilienza ) o se non subisce grandi cambiamenti inaspettati nelle sue caratteristiche nel tempo. Sebbene i termini stabilità della comunità e stabilità ecologica siano talvolta usati in modo intercambiabile, la stabilità della comunità si riferisce solo alle caratteristiche delle comunità . È possibile che un ecosistema o una comunità siano stabili in alcune delle loro proprietà e instabili in altre. Ad esempio, una comunità di vegetazione in risposta a una siccità potrebbe conservare la biomassa ma perdere la biodiversità .

I sistemi ecologici stabili abbondano in natura e la letteratura scientifica li ha ampiamente documentati. Gli studi scientifici descrivono principalmente le comunità vegetali delle praterie e le comunità microbiche. Tuttavia, è importante ricordare che non tutte le comunità o gli ecosistemi in natura sono stabili (ad esempio, lupi e alci sull'isola Royale ). Inoltre, il rumore svolge un ruolo importante sui sistemi biologici e, in alcuni scenari, può determinarne completamente le dinamiche temporali.

Il concetto di stabilità ecologica è emerso nella prima metà del XX secolo. Con il progresso dell'ecologia teorica negli anni '70, l'uso del termine si è esteso a un'ampia varietà di scenari. Questo uso eccessivo del termine ha portato a controversie sulla sua definizione e attuazione.

Nel 1997, Grimm e Wissel hanno fatto un inventario di 167 definizioni utilizzate in letteratura e hanno trovato 70 diversi concetti di stabilità. Una delle strategie che questi due autori hanno proposto per chiarire l'argomento è quella di sostituire la stabilità ecologica con termini più specifici, come costanza , resilienza e persistenza . Per descrivere e dare un significato completo a un tipo specifico di stabilità, è necessario esaminarla con maggiore attenzione. In caso contrario, le affermazioni sulla stabilità avranno poca o nessuna affidabilità perché non avrebbero informazioni a sostegno dell'affermazione. Seguendo questa strategia, un ecosistema che oscilla ciclicamente attorno a un punto fisso, come quello delineato dalle equazioni predatore-preda , verrebbe descritto come persistente e resiliente, ma non come costante. Alcuni autori, tuttavia, vedono una buona ragione per l'abbondanza di definizioni, perché riflettono l'ampia varietà di sistemi reali e matematici.

Analisi di stabilità

Quando le abbondanze di specie di un sistema ecologico sono trattate con un insieme di equazioni differenziali, è possibile verificare la stabilità linearizzando il sistema al punto di equilibrio. Robert May ha sviluppato questa analisi di stabilità negli anni '70 che utilizza la matrice jacobiana .

tipi

Sebbene le caratteristiche di qualsiasi sistema ecologico siano suscettibili di cambiamenti, durante un periodo di tempo definito, alcuni rimangono costanti, oscillano, raggiungono un punto fisso o presentano altri tipi di comportamento che possono essere definiti stabili. Questa moltitudine di tendenze può essere etichettata con diversi tipi di stabilità ecologica.

Stabilità dinamica

La stabilità dinamica si riferisce alla stabilità nel tempo.

Punti stazionari, stabili, transitori e ciclici

Un punto stabile è tale che una piccola perturbazione del sistema sarà diminuita e il sistema tornerà al punto originale. Se invece si ingrandisce una piccola perturbazione, il punto stazionario è considerato instabile.

Stabilità locale e globale

La stabilità locale  indica che un sistema è stabile su piccoli disturbi di breve durata, mentre la stabilità globale indica un sistema altamente resistente al cambiamento nella  composizione delle specie  e/o nelle  dinamiche della rete trofica .

Costanza

Gli studi osservazionali degli ecosistemi utilizzano la costanza per descrivere i sistemi viventi che possono rimanere invariati.

Resistenza e inerzia (persistenza)

La resistenza e l' inerzia hanno a che fare con la risposta intrinseca di un sistema a qualche perturbazione.

Una perturbazione è qualsiasi cambiamento delle condizioni imposto dall'esterno, che di solito si verifica in un breve periodo di tempo. La resistenza è una misura di quanto poco cambia la variabile di interesse in risposta a pressioni esterne. L'inerzia (o persistenza) implica che il sistema vivente sia in grado di resistere alle fluttuazioni esterne. Nel contesto del cambiamento degli ecosistemi nel Nord America post-glaciale, EC Pielou ha osservato all'inizio della sua panoramica,

"Ovviamente ci vuole molto tempo prima che la vegetazione matura si stabilizzi su rocce ghiacciate appena esposte o su ghiacciai... che vivono negli habitat. Pertanto, le fluttuazioni climatiche causate nelle comunità ecologiche sono una versione attenuata e attenuata delle fluttuazioni climatiche che le causano".

Resilienza, elasticità e ampiezza

La resilienza è la tendenza di un sistema a conservare la propria struttura funzionale e organizzativa e la capacità di riprendersi dopo una perturbazione o un disturbo. La resilienza esprime anche il bisogno di persistenza sebbene da un approccio gestionale si esprima un'ampia gamma di scelte e gli eventi siano da considerare come distribuiti uniformemente. L'elasticità e l' ampiezza sono misure di resilienza. L'elasticità è la velocità con cui un sistema ritorna al suo stato originale/precedente. L'ampiezza è una misura di quanto un sistema può essere spostato dallo stato precedente e tornare ancora. L'ecologia prende in prestito l'idea di stabilità del quartiere e di un dominio di attrazione dallateoria dei sistemi dinamici .

Stabilità di Lyapunov

I ricercatori che applicano modelli matematici dalla dinamica dei sistemi di solito usano la stabilità di Lyapunov .

Stabilità numerica

Concentrandosi sulle componenti biotiche di un ecosistema, una popolazione o una comunità possiede stabilità numerica se il numero di individui è costante o resiliente.

Stabilità del segno

È possibile determinare se un sistema è stabile semplicemente osservando i segni nella matrice di interazione. 

Stabilità e diversità

La relazione tra diversità e stabilità è stata ampiamente studiata. La diversità può operare per migliorare la stabilità delle funzioni dell'ecosistema a varie scale ecologiche. Ad esempio, la diversità genetica può aumentare la resistenza alle perturbazioni ambientali. A livello di comunità, la struttura delle reti trofiche può influire sulla stabilità. L'effetto della diversità sulla stabilità nei modelli di rete alimentare può essere positivo o negativo, a seconda della coerenza trofica della rete. A livello di paesaggi, è stato dimostrato che l'eterogeneità ambientale tra le località aumenta la stabilità delle funzioni degli ecosistemi

Storia del concetto

Il termine "ecologia" fu coniato da Ernst Haeckel nel 1866. L' ecologia come scienza si sviluppò ulteriormente durante la fine del XIX e l'inizio del XX secolo, e una crescente attenzione fu rivolta alla connessione tra diversità e stabilità. Frederic Clements e Henry Gleason hanno contribuito alla conoscenza della struttura della comunità; tra le altre cose, questi due scienziati hanno introdotto le idee opposte che una comunità può raggiungere un climax stabile o che è in gran parte casuale e variabile . Charles Elton sostenne nel 1958 che le comunità complesse e diverse tendevano ad essere più stabili. Robert MacArthur ha proposto una descrizione matematica della stabilità nel numero di individui in una rete alimentare nel 1955. Dopo molti progressi compiuti con gli studi sperimentali negli anni '60, Robert May ha avanzato il campo dell'ecologia teorica e ha confutato l'idea che la diversità generi stabilità. Negli ultimi decenni sono emerse molte definizioni di stabilità ecologica, mentre il concetto continua ad attirare l'attenzione.

Guarda anche

Appunti

Riferimenti