Biologia delle Invasioni: Meccanismi, Controllo e Implicazioni | Appunti di Ecologia Applicata

Marcatori di sequenza trovano applicazioni di DNA barcoding, analizzare polimorfismi

adattativi o attraverso un approccio filogenetico trova applicazioni in questioni

relative alla biologia delle invasioni, demografia storica delle popolazioni e alla

struttura delle popolazioni ed identificazione della diversità.

estrazione del DNA genomico inizia con una fase di lisi cellulare, una fase di

separazione del DNA dagli altri componenti e la concentrazione del DNA.

Successivamente il frammento del genoma viene amplificato, purificato e

sequenziato.

L’Amplificazione della PCR è una reazione ciclica che consente di identificare e

selezionare un frammento all’interno di tutto il genoma e di produrne miliardi di copie

in pochissimo tempo, circa 2 ore. Il primo passaggio è aprire la doppia elica:

attraverso un passaggio di denaturazione i legami H della doppia catena del DNA si

indeboliscono e si rompono, questa reazione avviene a 94. Per ottenere tante copie di

un frammento genomico si sintetizzano nuovi frammenti utilizzando l’apparato

biochimico che la cellula utilizza per duplicare il proprio DNA, ossia: una DNA

polimerasi (in grado di allungare su uno stampo un’estremità, ma non di crearla), dei

primer (perché la DNA polimerasi non è in grado di genera un frammento senza

l’innesco) e le basi azotate. Il primer si appaia con un’estremità del frammento che si

vuole amplificare e fa da innesco.

OGM

Quando parliamo di OGM di prima generazione parliamo di organismi modificati

geneticamente per acquisire la resistenza agli erbicidi, in particolare al glifosato, che

agendo ad ampio spettro ucciderebbero la pianta da coltivare.

Una seconda categoria di OGM sono le piante che producono esse stesse le tossine

per uccidere patogeni. L’idea di far produrre l’insetticida alla pianta stessa permette

una minore dispersione nell’ambiente degli insetticidi.

Inizialmente il costrutto genico non veniva inserito in un punto mirato del genoma, e

questo comporta che non si conosce dove andrà ad impiantarsi e quali effetti

fisiologici avrà.

L’utilizzo di organismi geneticamente modificati prometteva un aumento della

produzione ed una riduzione del consumo di erbicidi ed insetticidi, ma dai dati

moderni non emerge né un aumento della produzione, né una diminuzione di erbicidi

o insetticidi, anzi c’è stato un incremento di erbicidi, perché le popolazioni essendo

resistenti consentono maggiori applicazioni e perché la diffusione e l’insorgenza della

resistenza al glifosato in molte varietà di piante ha fatto si che ne sono servite

quantità superiori. Altre perplessità riguardano la salute umana ed il controllo della

fuga del transgene.

INVASIONI BIOLOGICHE

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Marcatori di sequenza trovano applicazioni di DNA barcoding, analizzare polimorfismi adattativi o attraverso un approccio filogenetico trova applicazioni in questioni relative alla biologia delle invasioni, demografia storica delle popolazioni e alla struttura delle popolazioni ed identificazione della diversità. estrazione del DNA genomico inizia con una fase di lisi cellulare, una fase di separazione del DNA dagli altri componenti e la concentrazione del DNA. Successivamente il frammento del genoma viene amplificato, purificato e sequenziato. L’Amplificazione della PCR è una reazione ciclica che consente di identificare e selezionare un frammento all’interno di tutto il genoma e di produrne miliardi di copie in pochissimo tempo, circa 2 ore. Il primo passaggio è aprire la doppia elica: attraverso un passaggio di denaturazione i legami H della doppia catena del DNA si indeboliscono e si rompono, questa reazione avviene a 94. Per ottenere tante copie di un frammento genomico si sintetizzano nuovi frammenti utilizzando l’apparato biochimico che la cellula utilizza per duplicare il proprio DNA, ossia: una DNA polimerasi (in grado di allungare su uno stampo un’estremità, ma non di crearla), dei primer (perché la DNA polimerasi non è in grado di genera un frammento senza l’innesco) e le basi azotate. Il primer si appaia con un’estremità del frammento che si vuole amplificare e fa da innesco. OGM Quando parliamo di OGM di prima generazione parliamo di organismi modificati geneticamente per acquisire la resistenza agli erbicidi, in particolare al glifosato, che agendo ad ampio spettro ucciderebbero la pianta da coltivare. Una seconda categoria di OGM sono le piante che producono esse stesse le tossine per uccidere patogeni. L’idea di far produrre l’insetticida alla pianta stessa permette una minore dispersione nell’ambiente degli insetticidi. Inizialmente il costrutto genico non veniva inserito in un punto mirato del genoma, e questo comporta che non si conosce dove andrà ad impiantarsi e quali effetti fisiologici avrà. L’utilizzo di organismi geneticamente modificati prometteva un aumento della produzione ed una riduzione del consumo di erbicidi ed insetticidi, ma dai dati moderni non emerge né un aumento della produzione, né una diminuzione di erbicidi o insetticidi, anzi c’è stato un incremento di erbicidi, perché le popolazioni essendo resistenti consentono maggiori applicazioni e perché la diffusione e l’insorgenza della resistenza al glifosato in molte varietà di piante ha fatto si che ne sono servite quantità superiori. Altre perplessità riguardano la salute umana ed il controllo della fuga del transgene. INVASIONI BIOLOGICHE

La diffusione delle specie dalla loro area di origine ad una nuova area è favorita dal trasporto da parte dell’uomo ed il traffico globale dei commerci sono la causa principale delle invasioni biologiche. I fattori alla base del successo di un invasione biologica possono essere:

Determinate caratteristiche biologiche, come cicli riproduttivi rapidi, elevata fecondità e capacità di dispersione.
Anche le caratteristiche della specie potrebbero garantire il successo dell’invasione, ma ancora non si è trovata una relazione causa effetto chiara e lineare.
Ricettività dell’ambiente; esistono determinati ambienti che sono più ricettivi alle invasioni biologiche, magari perché disturbati e quindi con una minore capacità di tamponare l’ingresso di una nuova specie.
Mancanza d’interazione specie nuova-competitor; Una specie nuova può subire meno la pressione dei predatori nonostante questi siano presenti nell’area proprio perché essendo nuova i predatore non la riconoscono come specie preda.
Diversità della nuova popolazione (propaguli); spesso le invasioni comportano introduzioni multiple di varie specie da più punti dell’area di origine. Se l’area sorgente ha una vasta diversità e arriva un gran numero di individui ripetutamente, la riduzione della dimensione della popolazione originale e il collo di bottiglia generico conseguente è molto piccolo si ha una grande diversità introdotta. E’ importante conoscere l’origine di origine della specie invasiva perché all’interno dell’areale di origine c’è un’eterogeneità, range nativo ; ad esempio le pop temperate in inverno vanno in diapausa, sotto l’influenza della temperatura e del segnale del fotoperiodo (lunghezza giorno-notte) depongono delle uova che vanno in diapausa, ossi lo sviluppo embrionale si arresta, per poi riprendere in primavera. Nelle pop tropicali la diapausa è assente e la determinazione è di tipo genetico. Capire l’origine geografica della specie consente di individuare il veicolo d’ingresso in un novo areale e successivamente pianificare strategie per limitarne ulteriori arrivi. Il monitoraggio nei punti d’ingresso della merce, come nel caso dei porti è molto difficile, perché valutare se un container per verificare se al suo interno sono presenti specie invasive richiede molto tempo e crea un conflitto economico. Attraverso il monitoraggio entomologico nelle aree limitrofe ai punti d’ingresso della merce si può scoprire in tempi brevi la presenza della nuova specie prima che si diffonda e successivamente identificare il punto d’ingresso. Il livello di diversità della nuova popolazione nelle aree colonizzate permette di capire il livello di successo della nuova specie. Il range nativo, soprattutto nelle aree in cui è molto ampio, possiamo avere degli adattamenti locali, differenziamento genetico, legato ad un ridotto flusso genico perché in base alla capacità di dispersione della specie e ai fenomeni di trasporto passivo, gli individui di una popolazione possono arrivare da una popolazione vicina. Quindi c’è sufficiente flusso genico per mantenere

Il flusso genico tra le popolazioni. In molti casi la resistenza agli insetticidi sembra avere origini evolutive multiple e indipendenti, che si sono verificate in regioni geografiche separate. Le mutazioni resistenti agli insetticidi possono anche comparire una volta e poi disperdersi in tutto il mondo attraverso la migrazione, il commercio globale o il trasporto. Diversi possibili meccanismi di resistenza negli insetti:  Resistenza per penetrazione : ispessimenti della cuticola portano ad un minor ingresso dell’insetticida all’interno dell’individuo. la cuticola è costituita da proteine e da chitina; una mutazione dei geni regolatori delle proteine della cuticola porta ad una over espressione dei geni che codificano per le proteine della cuticola e ad una maggiore quantità di queste proteine, che come risultato finale portano ad un maggior ispessimento della cuticola stessa. Produrre tante proteine richiede molta energia (maggior costo in fitness) che viene sottratta per svolgere altre funzioni, come ad esempio il volo.  Detossificazione metabolica : gli organismi sono in grado di sequestrare, rompere o modificare il composto insetticida e renderlo innocuo. Il costo in fitness è elevato, perché avere una sovra espressione di enzimi detossificanti significa allocare energia nella detossificazione piuttosto che in altri processi metabolici.  Mutazione del sito target : questo meccanismo è legato a possibili mutazioni nel sito molecolare dell’insetticida, che rendono il riconoscimento insetticida- molecola target non ottimale o nullo. Il costo in fitness non è di tipo metabolico perché si tratta di una singola sostituzione nucleotidica, però la molecola target dell’insetticida mutata (che spesso sono enzimi neurotrasmettitori come l’acetilcolinaesterasi) porta con un elevato costo in fitness. Capire i meccanismi di resistenza permette di sviluppare dei test molecolari che consentono di vedere se è presente o meno la resistenza nella popolazione naturale. In commercio sono presenti molti prodotti insetticidi ed erbicidi, ma pochi principi attivi ed organi bersaglio (sito target); il target degli insetticidi di sintesi nella realtà sono pochi e spesso neurotossici, ossia che hanno come bersagli o i neurotrasmettitori o i canali che si trovano al livello delle sinapsi. La maggio parte degli insetticidi agisce sul sistema nervoso perché provocano la morte nell’istante. Il fatto che molti prodotti insetticidi abbiano lo stesso sito target comporta che se il sito target è lo stesso, la mutazione a quel sito target non solo porta alla resistenza verso tutti i composti di quella classe di insetticidi, ma anche ad una resistenza multipla. Il monitoraggio delle popolazioni per valutare se sono resistenti o meno ad un determinato composto è un punto chiave, e qual’ora una popolazione dovesse risultasse resistente sono necessarie delle azioni di gestione della resistenza e si monitora nuovamente dopo queste azioni. Se la resistenza insorge dopo avrà dei tempi di diffusione ed incremento nella popolazione minori rispetto a se la popolazione è preadattata all’utilizzo di insetticidi.

AGROECOLOGIA

Nell’approccio agro ecologico si individuano 3 diversi livelli:

1. FARM , la singola azienda; 2. PAESAGGIO , l’azienda inserita nel contesto paesaggio 3. FOOD SISTEM , il livello dell’intera produzione alimentare; 1. LIVELLO FARM A livello di singola azienda l’approccio agroecologico riguarda l’utilizzo di pratiche che minimizzano l’impatto dell’attività agricola e che mantengano in buono stato i servizi eco sistemici del territorio. Minimizzare l’impatto dell’attività agricola vuol dire:  Prestare attenzione all’aratura del suolo, ossia arieggiare il suolo senza rovesciare l’intera zona vitale dove prevale l’attività microbica;  Non alterare il ciclo dei nutrienti;  Gestione naturale dei pest;  Conservazione dell’acqua;  Utilizzo dei letami in sostituzione ai fertilizzanti;  Diversificare le colture in termini di varietà di colture. In quest’ottica si può:

Ridurre le pratiche costose e dannose, come eliminare l’uso di pesticidi chimici e fertilizzanti. In alternativa ai fertilizzanti si può lasciar crescere la biomassa sul terreno e dopo un pò si interra superficialmente, così questa rilascia azoto che arricchisce il suolo. In alternativa, i pesticidi possono essere sostituiti dal controllo biologico.
Ridisegnare le pratiche agronomiche ed il calendario dell’azienda agricola Con il termine “pest” si definisce un organismo dannoso dal punto di vista umano, per le attività umane. Difatti il controllo dei pest è un aspetto importante per la produzione agricola, in quanto le perdite causate dai pest sono uno dei principali limiti alla produzione. I problemi dei pest sono spessi legati ai cambiamenti globali. I sistemi di controllo biologici sono approcci agro ecologici originali, in quanto c’è un ritorno alle origini, prima dell’agrochimica, quando ancora non si usavano approcci chimici, ma biologici. Dopo la seconda guerra mondiale c’è stato un cambiamento nella rotta delle politiche agricole che hanno interrotto l’uso di metodi biologici per il controllo biologico, le industrie chimiche concedevano ingenti sovvenzioni alle università per svolgere ricerche sugli insetticidi, mentre gli studi sul controllo biologico venivano trascurati perché non si assicuravano i guadagni che garantiva l’industria chimica. - Con il termine controllo biologico si applicano gli stessi principi di controllo naturale che avvengono normalmente in natura, al fine di mantenere la densità di popolazione al di sotto di un limite che non arreca danno. Il controllo biologico prevede l’uso di un

test in laboratorio e successivamente in campo. Spesso si lavora su più nemici naturali e con diversi approcci di controllo combinati e si sceglie quello che è più adatto. AUMENTATIVO : Si riferisce a tutte quelle forme di controllo biologico in cui i nemici naturali sono introdotti periodicamente. Questo si può dividere in 2 approcci:

Inondativo: si basa sulla produzione massale e sul rilascio di un gran numero di agenti di controllo. In questo approccio gli individui stessi, e non la prole, a fare da agenti di controllo. L’effetto sarà sostanziale, però limitato nel tempo.
Inoculativo stagionale: i rilasci di agenti di controllo sono stagionale e in generale gli individui rilasciati fanno da agenti di controllo ed eventualmente la generazione successiva, ma nella stagione successiva sarà necessario un nuovo rilascio. CONSERVATIVO: In questo tipo di approccio non vengono rilasciate specie esogene e non vengono rilasciate in modo inondativo o stagionale, ma in questo approccio si cerca di puntare su quelli che sono gli agenti di controllo endogeni, già presenti, cercando di creare le condizioni favorevoli per la crescita della densità degli agenti di controllo, come aumentare i siti dove l’agente di controllo possa riprodursi. Gli agenti di controllo possono essere distinti in:  Agenti micro: insetti e fitofagi  Agenti marco: funghi, batteri fino al mammifero Fondamentalmente quello che si sfrutta è l’allelopatismo ed il parassitismo. Studiare non solo il comportamento, ma anche l’aspetto personalità è importante nello sviluppare strategie di trappola mento e tipologie di trappole. Il controllo autocida è uno dei metodi di controllo dei pest. Consiste nell’usare individui della stessa specie target che voglio controllare, contro se stessi. Tra gli approcci di controllo autocida classici e più sviluppati, troviamo la tecnica dell’insetto sterile: si campionano individui della stessa specie e località e si fa un allevamento massale della specie da controllare. I maschi vengono sterilizzati e rilasciati nell’area di interesse, e quando si accoppieranno con le femmine selvatiche produrranno uova che non si schiudono, fino all’abbattimento della popolazione target e all’eradicazione. 2. Livello Paesaggio A livello di paesaggio l’approccio agro ecologico può:  Integrare la produzione e la conservazione del paesaggio fornendo habitat e corridoi ecologici per la fauna selvatica. L’azienda può essere o meno la causa di frammentazione degli habitat, quindi pensare all’azienda in termini di paesaggio può far si che non si crei frammentazione, ma che consenta la continuità degli habitat naturali e che possa essere una risorsa per il funzionamento dell’intero paesaggio.

 Supportare le relazioni tra produttori e consumatori;  Prevenire e risolvere i conflitti tra conservazione e produzione di risorse d’interesse. Il livello paesaggio riguarda i rapporti tra azienda e paesaggio. L’attività agricola può avere un impatto diretto nella distruzione del paesaggio, degli habitat e consumo di suolo, mentre come effetti indiretti, influenza il comportamento di alcune specie, che come conseguenza altera le relazioni preda-predatore. Per capire se la presenza di un azienda agricola può influenzare o meno il comportamento in termini di foraggiamento, presenza e movimento nelle vicinanze dell’azienda della fauna, si possono applicare diversi metodi:

Installare delle videocamere per monitorare di giorno e di notte la presenza delle specie d’interesse;
Si mettono delle fonti cibo intorno all’azienda si può vedere fino a che distanza la specie in questione si avvicina all’azienda e quanto consumano in un determinato punto in cui è stata posizionata la fonte di cibo. Principalmente gli animali si muovono di notte, ma le notti non sono tutte uguali, ed in virtù di questa differenza è stato studiato il comportamento di diverse specie nelle notti di luna piena in cui c’è più visibilità e non. È stato osservato che per i micro mammiferi, fondamentalmente prede, l’attività è maggiore con il buio e nei luoghi più distanti dall’azienda agricola, per cui adottano un atteggiamento di estrema prudenza. Mentre, l’attività dei predatori è maggiore nelle immediate vicinanze dell’azienda agricola e non varia con la presenza della luna piena o non. Uno degli effetti diretti causati dalle attività delle aziende agricole è la frammentazione degli habitat , ossia la perdita, separazione, progressiva di un habitat continuo in tanti habitat idonei e permanenti. La frammentazioni in tanti habitat idonei non necessariamente indica una struttura a meta popolazione. La grandezza degli habitat idonei, distanza tra loro, forma e dimensione dei singoli habitat hanno un’enorme importanza; Ad esempio un area quadrata ha meno effetto margine (aree a confine che risentono delle condizioni esterne) rispetto ad un area lunga e stretta, che risente molto dell’effetto margine ed è quindi meno idonea. La frammentazione causa il deterioramento della qualità ecologica dell’ habitat e può alterare tutte quelle che sono le interazioni organismo-ambiente , sia in termini di condizioni biotiche, che abiotiche. Effetti avversi della frammentazione sono:  Aumentato isolamento della popolazione, e quindi riduzione di flusso genico tra sottopopolazioni che a sua volta hanno come conseguenza la diminuzione della diversità;  Variazione della composizione della vegetazione;  Cambiamento del microclima;  Cambiamenti nei flussi di energia dei cicli dei nutrienti;  Riduzione drastica della popolazione. Valutare il grado di connessione tra due o più habitat separati permette di approntare delle strategie di risanamento, come i corridoi verdi o ponti di connessione tra gli

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