Uno studio sugli ecosistemi sotterranei rivela che le temperature stagionali influenzano la composizione delle comunità di copepodi in modo più significativo della distanza geografica
Il Ruolo del Clima nella Biodiversità delle Acque Carsiche
La comunità scientifica ha a lungo ritenuto che la distanza geografica fosse il principale fattore a determinare la diversità biologica tra ambienti isolati come le grotte.
Una recente ricerca ha però messo in discussione questa assunzione, rivelando che il clima regionale esercita un’influenza ancora maggiore sulla composizione delle comunità biologiche nelle cavità sotterranee.
Lo studio, condotto da Galmarini e colleghi e pubblicato nel novembre 2023 su Scientific Reports, rappresenta un contributo significativo alla comprensione dei fattori che plasmano la fauna ipogea italiana.[1]
Questo studio sui copepodi italiani rappresenta un’indagine sistematica sulla biodiversità acquatica sotterranea e i suoi fattori determinanti.
La ricerca ha analizzato la distribuzione di 71 specie di copepodi raccolte da 12 grotte situate in diverse aree carsiche lungo la penisola italiana.
L’importanza di questo lavoro risiede nella capacità di quantificare il peso relativo che fattori ambientali e geografici esercitano sulla diversità biologica nei sistemi sotterranei.
Metodologia della Ricerca: Campionamento Sistematico delle Acque Ipogee
Le indagini sul terreno si sono svolte tra il 2019 e il 2022, coprendo un ampio spettro di ambienti carsici italiani.
I ricercatori hanno visitato due volte ciascuna delle 12 grotte selezionate, operando un campionamento stratificato sia nelle zone sature che in quelle non sature del sistema ipogeo.[1]
Le grotte investigate comprendevano ambienti diversificati: dalla Grotta di Trebiciano nel carso di Trieste, all’Antro del Corchia nelle Alpi Apuane, fino alla Grave Grubbo nelle formazioni evaporitiche della Calabria.
Ogni cavità è stata esaminata secondo un protocollo standardizzato che prevedeva l’identificazione delle diverse tipologie di habitat presenti. Le zone campionate includevano pozze, ruscelli, laghi sotterranei e aree con gocciolamento attivo.[1]
Il metodo di raccolta dei campioni si basava su tecniche specializzate di prelievo. I ricercatori utilizzavano siringhe da 50 millilitri per aspirare l’acqua dalle pozze di gocciolamento.
Nelle aree dove il flusso idrico era più pronunciato, impiegavano reti di plancton con maglie da 60 micrometri.
Nel corso di questa attività di campionamento sistematico, gli operatori hanno dovuto affrontare significative difficoltà logistiche.
L’accesso a molti dei siti di ricerca richiedeva l’utilizzo di tecniche speleologiche avanzate, con l’impiego di corde e attrezzature specifiche per la progressione verticale.[1]
Diversità dei Copepodi: Risultati della Ricerca
Il numero totale di specie copepodi rinvenute nelle grotte italiane raggiunse la cifra notevole di 71 specie.
Di queste, 46 erano stygobiti, ossia organismi completamente dipendenti dall’ambiente sotterraneo, e 25 erano non-stygobiti, specie che occasionalmente penetrano in grotta dalle acque superficiali.[1]
La distribuzione della diversità tra le cavità indagate risultò estremamente eterogenea.
Le Grotte di Pertosa-Auletta presentarono il maggior numero di specie, con 22 taxa diversi. Le Grotte di Stiffe ne ospitavano 18. All’opposto, la Grotta Lindner e la Tana che Urla contenevano soltanto 5 specie ciascuna.
Un dato particolarmente significativo riguarda i cosiddetti endemiti di sito: ben 45 delle 71 specie raccolte risultavano presenti in una singola grotta solamente. Questo fenomeno indica che ogni cavità possiede una comunità biologica unica e altamente specializzata.[1]
Gli stessi autori dello studio hanno segnalato la presenza di specie ancora non descritte dalla scienza. Nella Grave Rotolo è stata rinvenuta una specie di Hesperocyclops completamente nuova per la ricerca, mentre nella Grotta Puntore è stata trovata una nuova specie di Pseudectinosoma.
Questi ritrovamenti sottoscrivono quanto affermato dalla comunità scientifica: i sistemi ipogei italiani custodiscono ancora numerosi segreti biologici da scoprire.[1]
Una considerazione importante emerge dagli estimatori di ricchezza non parametrici utilizzati dagli autori.
L’estimatore di Chao2 suggerisce che le specie osservate rappresentano soltanto il 41 per cento della diversità effettiva presente. Persino l’estimatore più conservativo del Bootstrap indica un rapporto di osservazione pari all’88 per cento.
Le curve di accumulo delle specie, inoltre, non mostravano alcun segno di raggiungimento di un asintoto. Questi dati convergono verso una conclusione inequivocabile: l’indagine ha catturato una frazione della reale ricchezza biologica dei sistemi carsici italiani.[1]
La Diversità Beta: Differenze Compositive tra le Cavità
Accanto alla diversità all’interno delle singole grotte, i ricercatori hanno analizzato la diversità tra grotte, misurando quanto le comunità biologiche differissero l’una dall’altra.
La diversità beta media registrata risultò molto elevata, con un valore mediano di 0.76 su una scala che va da 0 a 1, dove 1 rappresenta la massima dissimilarità.[1]
Particolarmente rilevante risultò come questa diversità beta venisse determinata principalmente dal turnover, ossia dalla sostituzione netta di specie da una grotta all’altra.
Il turnover rappresentava il 53 per cento della dissimilarità complessiva, mentre la nidificazione (l’effetto dovuto al fatto che una cavità fosse più povera di specie rispetto a un’altra) contribuiva soltanto per l’11 per cento.
Questo pattern suggerisce che ciascuna grotta ospiti un’assemblaggio di specie in gran parte unico, piuttosto che rappresentare una versione impoverita di comunità più ricche.[1]
Un’osservazione particolare emergeva dalla comparazione di specifiche coppie di grotte.
Ad esempio, l’Abisso di Trebiciano e la Grotta Lindner, separate da appena 15 chilometri, mostravano un turnover elevatissimo: l’80 per cento della loro dissimilarità era attribuibile a pure differenze compositive.
Al contrario, le Grotte di Stiffe e la Tana che Urla, distanti 325 chilometri, presentavano un turnover relativamente basso, pari al 20 per cento.
Questa apparente contraddizione con le aspettative suggeriva che fattori diversi dalla vicinanza geografica determinassero le assemblaggi di copepodi.[1]
Come la Distanza Geografica Non Spiega la Diversità
I ricercatori hanno prima di tutto testato modelli di decadimento con la distanza, un approccio classico in ecologia del paesaggio.
Questi modelli correlano la dissimilarità biologica tra siti alla loro distanza geografica.
I risultati mostrarono che la distanza spiegava solo parzialmente i pattern osservati.
Modelli di tipo power-law si adattavano meglio ai dati rispetto a modelli esponenziali negativi, eppure nemmeno i modelli migliori riuscivano a riprodurre l’intera variabilità nei dati di dissimilarità.[1]
Un dato meramente geografico, per quanto importante, non bastava a spiegare il mosaico di biodiversità che caratterizza le grotte italiane.
Alcuni siti molto prossimi mostravano assemblaggi completamente diversi. Altre cavità, sebbene geograficamente distanti, ospitavano comunità di copepodi sorprendentemente somiglianti.
Era evidente che un fattore ulteriore doveva intervenire nel determinare la composizione biologica dei sistemi sotterranei.
Il Clima Regionale Come Predittore Principale
L’elemento cruciale emergeva quando i ricercatori introducessero variabili climatiche nei loro modelli analitici.
Utilizzando il database WorldClim, gli autori hanno estratto dati relativi a otto variabili bioclimatiche per aree circolari di raggio variabile attorno a ciascuna grotta.
Le variabili includevano temperature medie annuali, temperature stagionali, medie di precipitazione e stagionalità delle precipitazioni.[1]
I risultati emersi da questa fase dell’analisi si rivelarono sorprendenti.
Quando il modello includeva dati climatici come predittori, la performance complessiva migliorava notevolmente.
Le variabili di temperatura, particolarmente quelle relative alla stagionalità termica, superavano di gran lunga il fattore distanza geografica nel predire la diversità tra comunità di copepodi.[1]
In particolare, i dati di temperatura relativi al trimestre più caldo e a quello più freddo dell’anno si dimostrarono essere i fattori più influenti. Nelle analisi di partizione della devianza spiegata, le variabili di temperatura contribuivano con il 19-38 per cento della variabilità osservata nei copepodi. La distanza geografica, invece, spiegava soltanto l’8-18 per cento della variabilità.[1]
La Scala Spaziale: Un Fattore Critico
Un aspetto metodologico particolarmente interessante della ricerca riguardava la scala spaziale a cui venivano calcolate le medie climatiche. I ricercatori non misurarono semplicemente il clima nel punto esatto di ciascuna grotta, bensì calcolarono le temperature medie entro aree circolari di raggio crescente: 0,5 chilometri, 2,5 chilometri, 5 chilometri e 10 chilometri.[1]
La scala di analisi risultò decisiva per i risultati. Quando si utilizzavano dati climatici calcolati su areali più ampi, in particolare su un buffer di 10 chilometri di raggio, i modelli mostravano performance significativamente migliori. La correlazione di Spearman tra dissimilarità previste e osservate saliva da 0,4 con il buffer più piccolo a 0,5 con il buffer di 10 chilometri per quanto riguardava il turnover. Le variabili di temperatura acquisivano un’importanza relativa ancora maggiore nei modelli operati su questa scala più ampia.[1]
Questo risultato è coerente con i processi idrogeologici che caratterizzano i sistemi carsici. L’infiltrazione dell’acqua meteorica dipende dalle precipitazioni su vaste aree di ricarica. Le temperature del terreno e dell’acqua che percola verso la profondità sono determinate dal clima regionale, non da microclimi strettamente locali. Pertanto, è logico che le comunità di copepodi, esposte a questi flussi idrici e alle loro proprietà termiche, rispondano ai pattern climatici a scala regionale.[1]
Implicazioni per la Conservazione delle Grotte Italiane
Lo studio di Galmarini e colleghi fornisce indicazioni importanti per strategie di conservazione degli ecosistemi sotterranei. La ricerca mostra che la componente più importante della diversità beta è il turnover, ossia il ricambio di specie. Questo significa che ogni grotta ospita comunità biologiche caratteristiche e difficilmente sostituibili. Di conseguenza, la perdita di una singola cavità comporterebbe l’estinzione di specie non presenti in altri siti.[1]
Inoltre, il risultato che il clima regionale determina la composizione biologica delle acque sotterranee ha implicazioni dirette per la valutazione del rischio legato ai cambiamenti climatici globali. Se le comunità di copepodi rispondono sensibilmente alle variazioni di temperatura, allora l’incremento termico atteso nei prossimi decenni potrebbe alterare significativamente la struttura biologica degli ambienti ipogei.[1]
Una considerazione collaterale riguarda l’importanza di preservare le aree di ricarica degli acquiferi carsici. Poiché il clima regionale determina le proprietà dell’acqua che infiltra verso la profondità, la protezione della vegetazione e dei suoli nelle zone di ricarica diventa un elemento essenziale per mantenere le condizioni ambientali che sostentano la fauna ipogea.
Metodologia Innovativa per gli Studi Biospeleologici
Gli autori stessi hanno proposto l’approccio metodologico da loro utilizzato come un modello per altri ricercatori impegnati nello studio della biodiversità sotterranea. Specificatamente, l’integrazione di dati geospaziali pubblicamente disponibili (come quelli del database WorldClim) con protocolli di campionamento specializzati permette di superare alcuni limiti metodologici tradizionali nella ricerca biospeleologica.[1]
I modelli di dissimilarità generalizzata (Generalized Dissimilarity Models, GDM) rappresentano uno strumento statistico avanzato rispetto ai tradizionali modelli di decadimento della distanza. I GDM consentono di modellare relazioni non-lineari tra dissimilarità biologica e predittori ambientali attraverso funzioni di base I-spline, fornendo una rappresentazione più realistica dei complessi processi ecologici che operano negli ambienti sotterranei.[1]
Conclusioni e Prospettive Future
La ricerca condotta da Galmarini e colleghi rappresenta un significativo passo avanti nella nostra comprensione della biodiversità acquatica sotterranea italiana. Attraverso il campionamento sistematico di 12 grotte distribuite lungo la penisola, gli autori hanno documentato 71 specie di copepodi e quantificato il peso relativo di fattori geografici e climatici nel determinare la composizione biologica di queste comunità.[1]
Il risultato principale, che il clima regionale esercita un’influenza maggiore della distanza geografica sulla diversità biologica ipogea, riorienta il paradigma ecologico tradizionale applicato ai sistemi sotterranei. Contemporaneamente, il dato che almeno il 12 per cento della ricchezza di copepodi rimane da scoprire evidenzia l’importanza di proseguire l’indagine scientifica delle grotte italiane.[1]
Ulteriori ricerche potranno approfondire come variazioni climatiche specifiche influenzino la fisiologia e la distribuzione geografica dei singoli taxa di copepodi. Lo studio del ruolo della temperatura nelle migrazioni verticali e orizzontali all’interno dei sistemi carsici rappresenta una direzione di ricerca promettente. Infine, il monitoraggio a lungo termine della fauna ipogea in siti selezionati permetterà di valutare direttamente come il cambiamento climatico in corso incida sulla conservazione della biodiversità sotterranea nazionale.[1]
Galmarini, E., Vaccarelli, I., Fiasca, B., Di Cicco, M., Parise, M., Liso, I. S., Piccini, L., Galassi, D.M.P., & Cerasoli, F. (2023). Regional climate contributes more than geographic distance to beta diversity of copepods (Crustacea Copepoda) between caves of Italy. Scientific Reports, 13(1), 21243. [76]https://doi.org/10.1038/s41598-023-48440-7
Fonti
[4] Regional climate contributes more than geographic distance to beta diversity of copepods (Crustacea Copepoda) between caves of Italy https://www.nature.com/articles/s41598-023-48440-7
[5] Environmental factors shaping copepod distributions in cave waters of the Lessinian unsaturated karst (NE-Italy) https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fevo.2023.1143874/full
[6] Linking Hydrogeology and Ecology in Karst Landscapes: The Response of Epigean and Obligate Groundwater Copepods (Crustacea: Copepoda) https://www.mdpi.com/2073-4441/13/15/2106
[7] Regional climate contributes more than geographic distance to beta diversity of copepods (Crustacea Copepoda) between caves of Italy https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10692170/
[8] Cave features, seasonality and subterranean distribution of non-obligate cave dwellers https://peerj.com/articles/3169
[9] Towards the new Checklist of the Italian Fauna https://escholarship.org/content/qt0jv6h904/qt0jv6h904.pdf?t=rderzc
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[11] Cultivable fungal diversity in two karstic caves in Italy: under-investigated habitats as source of putative novel taxa https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10879487/
[12] Cave morphology, microclimate and abundance of five cave predators from the Monte Albo (Sardinia, Italy) https://bdj.pensoft.net/article/48623/download/pdf/
[13] Environmental factors shaping copepod distributions in cave waters of the Lessinian unsaturated karst (NE-Italy) https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fevo.2023.1143874/pdf
[14] Macromammal and bird assemblages across the Late Middle to Upper
Palaeolithic transition in Italy: an extended zooarchaeological review https://arxiv.org/pdf/1912.00960.pdf
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[16] In Corchia aumento di temperatura di un grado e mezzo … https://www.scintilena.com/in-corchia-aumento-di-temperatura-di-un-grado-e-mezzo-metterebbe-a-rischio-i-copepodi/09/12/
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[22] Lombardia Archivi – Scintilena https://www.scintilena.com/category/lombardia/
[23] Nuovo libro: Impatto umano sulla grotte messicane (in inglese e spagnolo) – Scintilena https://www.scintilena.com/nuovo-libro-impatto-umano-sulla-grotte-messicane-in-inglese-e-spagnolo/02/26/
[24] Rivista Archivi https://www.scintilena.com/tag/rivista/
[25] Pubblicato il nuovo numero di Spéléoscope 2023: la scienza sotterranea in primo piano – Scintilena https://www.scintilena.com/pubblicato-il-nuovo-numero-di-speleoscope-2023-la-scienza-sotterranea-in-primo-piano/06/30/
[26] Selezione dalle Fonti Originali – Scintilena https://www.scintilena.com/servizi-per-la-speleologia/selezione-dalle-fonti-originali/
[27] Una miniera di risorse nella libreria digitale di karst Information Portal – Scintilena https://www.scintilena.com/una-miniera-di-risorse-nella-libreria-digitale-di-karst-information-portal/04/14/
[28] Libri Archivi https://www.scintilena.com/category/libri/
[29] Cave and karst news and announcements from NCKRI National cave and karst research institute – Scintilena https://www.scintilena.com/cave-and-karst-news-and-announcements-from-nckri-national-cave-and-karst-research-institute/02/26/