La distribuzione in scala planetaria degli invertebrati nel suolo

I risultati delle ricerche condotte dal prof. Christian Mulder dell'Università di Catania pubblicate sulle riviste scientifiche Nature e Science

23 Ottobre 2019
Christian Mulder

Il prof. Christian Mulder, titolare della cattedra di Ecologia al Dipartimento di Scienze biologiche, geologiche e ambientali, ha partecipato a due progetti internazionali sulla distribuzione in scala planetaria degli invertebrati nel suolo. I risultati sono apparsi sulle riviste scientifiche di carattere internazionale "Nature" e "Science".

Gli organismi del suolo sono una parte cruciale della biosfera terrestre. Utilizzando settemila campioni per generare modelli dell'abbondanza globale di nematodi e lombrichi nel suolo in tutti i continenti sono stati costruiti tre modelli di effetti misti, uno per ciascuna delle tre metriche della comunità: la ricchezza di specie (calcolata all'interno di un sito), l’abbondanza numerica e la biomassa totale per metro quadro, tanto per nematodi quanto per lombrichi, riuscendo a costruire mappe quantitative ad alta risoluzione (30 arcsec o circa 1 km2) che rivelano notevoli e sorprendenti tendenze latitudinali nel suolo, con alte densità di nematodi nelle regioni sub-artiche ed alte densità di lombrichi in aree intensamente coltivate, tanto nel Vecchio quanto nel Nuovo Mondo. Il fatto che animali del suolo esistano alle massime abbondanze ad alte o basse latitudini è stato un argomento controverso nella letteratura. Questi dati provenienti da ogni regione biogeografica ci hanno permesso di rivelare nuovi gradienti di abbondanza di invertebrati essenziali per i servizi ecosistemici su scala planetaria.

Accanto al gradiente latitudinale nell'abbondanza dei nematodi, la nostra mappa della densità dei nematodi rivela anche variazioni regionali che si distinguono dalle tendenze globali. Sebbene l'abbondanza di nematodi fosse relativamente bassa nelle regioni tropicali, i nostri dati e modelli di campionamento rivelano un'elevata abbondanza di nematodi in alcune torbiere tropicali come l'Amazzonia peruviana. Queste regioni sono caratterizzate da elevati stock di carbonio, che supportano elevate biomasse microbiche che fungono da risorsa di base per la maggior parte dei gruppi di nematodi. Allo stesso modo, un aumento degli stock di carbonio ad alta quota rispetto alle regioni di pianura determina maggiori quantità di nematodi nelle regioni montuose e perimontane, come le Montagne Rocciose, l'altopiano dell'Himalaya e le Alpi. Sebbene i rispettivi climi di queste regioni presentino grandi differenze nella temperatura media annuale (che vanno da meno di 0 °C a più di 10 °C), i loro suoli sono tutti caratterizzati da stock di carbonio relativamente elevati (cioè più di 50 g/kg). Al contrario, le densità di nematodi più basse sono state previste in deserti caldi come il Sahara, il Deserto Arabico, il Deserto del Gobi e il Deserto del Kalahari, regioni caratterizzate per definizione da stock di carbonio molto bassi. In quanto tale, la variabilità spaziale nell'abbondanza dei nematodi è massima nelle regioni equatoriali, che mostrano l'intera gamma di possibili abbondanze dai deserti ai biomi caratterizzati da elevate scorte di carbonio organico.

I nostri modelli statistici rivelano anche i driver dominanti dell'abbondanza dei nematodi e dei lombrichi nei suoli globali. Come per gli animali fuori terra, le variabili climatiche (cioè la temperatura e le precipitazioni) hanno avuto ruoli importanti nel modellare gli schemi nell'abbondanza totale dei nematodi del suolo. Tuttavia, le caratteristiche del suolo (ad esempio consistenza, contenuto di carbonio organico del suolo, pH e capacità di scambio cationico) sono state di gran lunga i fattori più importanti che hanno guidato l'abbondanza dei nematodi su scala globale, con effetti che hanno ampiamente travolto quelli del clima, mentre per i lombrichi le proprietà del suolo e la copertura dell'habitat influenzano la comunità. Ciò era particolarmente vero nel caso della copertura dell'habitat, che alterava la composizione dei tre gruppi ecologici (epigeico, endogeico e anecico). Sorprendentemente, le condizioni geopedologiche hanno influenzato molto meno del previsto il nostro modello su Science ma non quello su Nature. I modelli lineari ci hanno permesso di valutare la direzionalità di queste relazioni, rivelando che sia il contenuto di carbonio che la capacità di scambio cationico avevano forti correlazioni positive, mentre l’acidificazione aveva un effetto negativo sulla densità totale dei nematodi. Queste tendenze supportano il suggerimento che la disponibilità delle risorse del suolo è un fattore dominante che struttura le comunità sotterranee su ampie scale spaziali, sovrascrivendo l'effetto del clima per le comunità.

Compilando un set di dati globale di comunità di nematodi mostriamo, per la prima volta, la distribuzione globale della diversità, dell'abbondanza e della biomassa dei nematodi liberi e identifichiamo i principali fattori ambientali responsabili di questi schemi. I nostri risultati suggeriscono che i cambiamenti climatici potrebbero avere effetti significativi e gravi sulle comunità di lombrichi e sul funzionamento degli ecosistemi. Le mappe risultanti mostrano che 4,4 ± 0,64 × 1020 nematodi (con una biomassa totale di circa 0,3 gigatonnellate) abitano i suoli superficiali in tutto il mondo, con maggiori abbondanze nelle regioni sub-artiche (38% del totale) rispetto a quelle temperate (24%) o regioni tropicali (21%). Le variazioni regionali di queste tendenze globali forniscono anche informazioni sui modelli locali di fertilità e funzionamento del suolo. I dati verranno resi pubblici in un secondo articolo su Nature.

Come nel caso precedente, compilando un set di dati globale di comunità di lombrichi mostriamo, per la prima volta, la distribuzione globale della diversità, dell'abbondanza e della biomassa dei lombrichi e identifichiamo i principali fattori ambientali responsabili di questi schemi. I nostri risultati suggeriscono che i cambiamenti climatici potrebbero avere effetti significativi e gravi sulle comunità di lombrichi e sul funzionamento degli ecosistemi. Questi risultati sono di particolare rilevanza dato il ruolo dei lombrichi come ingegneri ecosistemici che strutturano l'ambiente in Nord America ed altrove; quindi, qualsiasi nuova alterazione indotta dal cambiamento climatico nelle comunità di lombrichi avrà probabilmente effetti a cascata sul suolo.

Nonostante nel sottosuolo le comunità di nematodi e lombrichi siano guidate da drivers ambientali simili alle comunità vegetali, queste relazioni portano a diversi modelli di diversità. Evidenziamo la necessità di integrare gli organismi sotterranei nel paradigma della biodiversità per comprendere appieno i modelli globali di biodiversità. Ciò è particolarmente vero se l'inclusione di taxa del suolo modifica la posizione degli hotspot della biodiversità e quindi le priorità di conservazione. Anche questi dati verranno resi pubblici su Nature. Il nostro studio crea una strada per la ricerca futura: dato che il clima era il predittore più importante delle comunità, è possibile per gli ecologi che in precedenza si sono concentrati sulla modellizzazione della diversità terrestre usare metodi simili nel sottosuolo. Modellando entrambi, sono possibili confronti diretti tra la componente vegetale e quella assai più diversificata del sottosuolo, consentendo una visione più chiara della distribuzione della biodiversità di ecosistemi e di interi biomi e permettendo la valutazione del capitale naturale.