RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Paleoambienti continentali pleistocenici ed olocenici: ricostruzioni multidisciplinari integrate

Università di riferimento

Università degli Studi di ROMA "La Sapienza" - BIOLOGIA ANIMALE E DELL'UOMO - ROMA(RM)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Mauro CRISTALDI

Descrizione

L'obiettivo principale della presente unità di ricerca è contribuire alla ricostruzione dei paleoambienti e delle condizioni climatiche passate per una maggiore comprensione degli effetti dei cambiamenti climatici attuali. A tal fine saranno studiate le caratteristiche delle biocenosi attuali per compararle con quelle ottenute dall'analisi di resti fossili sub-attuali. Ciò sarà possibile utilizzando un approccio integrato che prevede la collaborazione di altre Unità di ricerca, le cui competenze riguardano differenti discipline (Paleontologia, Paleoecologia, Paleobotanica, Sedimentologia, Geochimica e Stratigrafia). Il lavoro svolto servirà a verificare la validità delle metodologie, utilizzate a livello paleontologico per le ricostruzioni paleoambientali, tramite la loro applicazione a comunità attuali di micromammiferi; esso costituirà inoltre un sistema di confronto per i risultati ottenuti a livello geochimico e paleontologico. Gli stessi dati verranno pertanto utilizzati comparativamente allo scopo di valutare l' impatto dei cambiamenti climatici sulle popolazioni attuali di Roditori ed Insettivori e sulle relative biocenosi. Le ricerche neontologiche e paleontologiche si svolgeranno parallelamente in diverse località italiane (peninsulari ed insulari). Per lo svolgimento della ricerca neontologica l'unità utilizzerà dati provenienti da catture dirette e da analisi di borre di Barbagianni (Tyto alba), effettuate dal gruppo di ricerca, da fonti bibliografiche e da collezioni museali e private di micromammiferi, con attenzione particolare ai siti di Sesto Fiorentino (Firenze), Pietrafitta (Perugia), Torre in Pietra (Roma), Mèrcure (Potenza), dove sono situati i principali giacimenti fossiliferi studiati dal gruppo di ricerca. Si calcolerà la variazione della frequenza percentuale delle diverse specie predate dal Barbagianni (Tyto alba) nel corso del tempo, per individuare le specie potenzialmente più sensibili alle variazioni climatiche. La possibilità di utilizzare animali in toto, invece, presenta l'ulteriore vantaggio di effettuare uno studio completo, comprendente le alterazioni morfologiche (es. variazioni nello spessore e nelle tracce di usura dello smalto dentario, variazioni e asimmetrie della forma e morfometriche su tessuti molli), patogenetiche (es. leishmaniosi) e mutagenetiche (test dei micronuclei, analisi delle creste palatali, delle anomalie spermatiche, variazioni intraspecifiche del DNA), per comparazioni, quindi, sia verticali sia orizzontali con popolazioni attuali di siti distinti.
In una prima fase sarà necessario elaborare, per le fonti di dati disponibili, una lista contenente le seguenti informazioni: specie presenti; numero totale di individui; località di provenienza; data di raccolta. Sulla base di tali dati, si identificheranno le specie, le località e le tecniche sulle quali concentrare lo studio. E' preferibile l'utilizzo di Roditori ed Insettivori caratterizzati da diversa biologia, abitudini fossorie, terricole o arboricole, ibernanti e non. Successivamente, sulle specie suddette di Roditori ed Insettivori si procederà ad alcuni approfondimenti attraverso quattro livelli principali d'indagine: a) ecologico; b) genetico; c) morfometrico; d) morfologico.

a) Analisi ecologica - Si utilizzeranno campioni provenienti da collezioni museali e dati ottenuti direttamente sul campo. Nel primo caso si prenderanno in considerazione tutte le informazioni (logistiche e morfologiche) fruibili dalle schede di catalogazione. Nel secondo caso si raccoglieranno borre e si effettueranno campagne di trappolamento in diverse aree protette dell'Italia centrale. Per lo studio saranno prescelte borre di Barbagianni, facilmente reperibili nei siti di riposo e nidificazione, in quanto lo strigiforme ha ampia distribuzione geografica a livello mondiale, una dieta basata quasi esclusivamente su micromammiferi di specie mediamente corrispondenti alla taglia di un topo, un processo digestivo che non altera le ossa delle prede. Per le borre raccolte nel corso della ricerca, si procederà al loro smistamento attraverso il metodo a secco. Una volta che lo smistamento sarà terminato si procederà al riconoscimento dei frammenti ossei. La raccolta delle borre avverrà anche in località già studiate nel passato, allo scopo di effettuare confronti a lungo termine; si studierà in particolare l'Isola d'Elba, caratterizzata da raccolte risalenti al 1969. I trappolamenti verranno effettuati in aree identificate sulla base di caratteristiche bioclimatiche e vegetazionali. Si darà priorità ad aree protette, allo scopo di evitare che qualsiasi fattore di impatto antropico diretto possa alterare i risultati dello studio. Le aree oggetto della ricerca saranno successivamente confrontate con altre aree protette italiane (Parco Nazionale del Gran Sasso e Monti della Laga, Oasi Regionale del WWF del Lago di Penne, Parco Regionale dei Monti Lucretili, Parco Nazionale della Majella, Parco Nazionale del Circeo) per le quali esistono già dati pregressi su micromammiferi basati su fattori climatici e vegetazionali. Per la cattura degli animali verrà utilizzata la metodologia CMR (cattura-marcaggio-ricattura) tramite l'ausilio di trappole specifiche (Flowerdew, 1976; Krebs, 1999). Si utilizzeranno griglie di trappolamento ("grid") di circa un ettaro di superficie, con trappole disposte lungo righe e colonne, distanziate 10 metri l'una dall'altra. Le trappole, dotate di esca (mela, cereali e crema di nocciole) e cotone idrofobo, per 3-5 notti al mese saranno posizionate nell'area di studio e controllate giornalmente. Gli animali catturati saranno anestetizzati con vapori di etere di etilico e marcati con targhette metalliche auricolari. Sugli stessi individui si effettueranno il riconoscimento specifico e si rileveranno le misure somatiche (lunghezza piede posteriore destro; lunghezza testa-corpo; lunghezza coda; lunghezza padiglione auricolare), si determineranno inoltre lo stato di attività sessuale e l'età. Gli animali, al termine di tutte le misurazioni, verranno rilasciati. Sul luogo di cattura verranno rilevati, a varie altezze dal suolo (da 10 a 200 cm) vari parametri utili per la descrizione del microhabitat strutturale: densità del fogliame, densità e numero delle specie erbacee, numero di specie legnose, caratteristiche del suolo, temperatura e umidità relativa (Bianco et al., 2003) Verranno altresì eseguiti prelievi su richiesta degli altri partecipanti al progetto.
Ai dati ottenuti dallo smistamento delle borre verranno applicati gli indici di termoxerofilia (Contoli et al., 2002), mentre ai dati ottenuti dalle campagne di trappolamento verrà applicato l'indice di successo di trappolamento (Pucek, 1969; Pankakosky, 1979; Cagnin et al., 1998). I dati saranno suddivisi in base alla località d'appartenenza; queste sono raggruppate tenendo conto della tipologia vegetazionale che le caratterizza. Si analizzerà, infine, l'andamento degli indici nel corso del tempo.
L'analisi ecologica delle popolazioni di micromammiferi sarà completata, infine, con l'applicazione di diagrammi. Questi vengono generalmente applicati, in paleontologia, ai diversi taxa rinvenuti in ogni singolo strato. La nostra unità di ricerca utilizzerà sia diagrammi ecologici, costruiti sulla base di quanto proposto da Palombo e Mussi (2001), sia cenogrammi , secondo il modello di Legendre (1986) e Palombo e Giovinazzo (in prep.). I diagrammi ecologici sono grafici costruiti suddividendo le specie presenti in una determinata area sulla base di preferenze alimentari, di habitat e di locomozione.I cenogrammi, invece, sono grafici che rappresentano la distribuzione delle classi di peso delle diverse specie che costituiscono una comunità di mammiferi. Il grafico si ottiene ponendo sull'asse delle ordinate il logaritmo del peso medio di ogni singola specie, mentre sull'asse delle ordinate si dispongono le specie considerate in ordine decrescente di taglia. Entrambe le tipologie di diagrammi saranno applicate nello studio neontologico, riferendosi a comunità distanziate spazialmente (confronto orizzontale) e temporalmente (confronto verticale). Nel primo caso si confronteranno diagrammi applicati a popolazioni viventi in aree bioclimatiche diverse, mentre nel secondo caso si effettuerà un confronto tra popolazioni viventi nel medesimo bioclima su breve scala temporale (massimo 50 anni).

b) Analisi genetiche - A causa delle difficoltà legate alla discriminazione morfologica delle due specie sorelle Apodemus sylvaticus e Apodemus flavicollis, nel corso del trappolamento si procederà al prelievo di un frammento di tessuto auricolare dagli esemplari catturati. Dai frammenti prelevati, conservati in alcool, si estrarrà il DNA genomico. Dal DNA estratto verrà successivamente amplificato, tramite PCR (Polymerase Chain Reaction), un tratto (265 bp per Apodemus sylvaticus, e 290 bp per Apodemus flavicollis) del gene mitocondriale per il citocromo b, usando coppie di primers specifici per le specie Apodemus sylvaticus e Apodemus flavicollis (Michaux et al., 2001). Poiché esiste la possibilità di estrarre DNA da resti ossei, contenuti nelle borre di Barbagianni (cfr. Taberlet e Fumagalli, 1996; Jaarola et al., 2004), si tenterà di utilizzare il DNA stesso per l'identificazione delle specie suddette. La discriminazione delle due specie sorelle appartenenti al genere Apodemus risulta di estrema importanza, a causa della loro scelta di habitat influenzata dalla copertura vegetazionale del sottobosco: Apodemus flavicolllis è maggiormente legato a boschi fitti e maturi (stenoecia) e con la sua maggiore taglia ed aggressività tende ad allontanare altre specie di Roditori sintopiche. Per contro Apodemus sylvaticus, specie più euriecia e diffusa in ambienti aperti (incolti, campi coltivati, prati e radure), tende a penetrare negli habitat boschivi di competenza della specie sorella. La presenza di quest'ultima specie può inoltre indicare, indirettamente, un certo grado di influenza antropica maggiormente accertata con la presenza di Mus domesticus e, secondariamente, del genere Rattus. Pertanto risulta essenziale e indispensabile la loro discriminazione in studi neontologici, archeozoologici e paleontologici recenti. Analoghe considerazioni possono essere effettuate sul genere Microtus, ma con una minore potenzialità di discriminazione in reperti fossili e sub-fossili.

c) Analisi morfometriche - Su campioni provenienti da collezioni museali, da raccolte di borre di Barbagianni e da catture effettuate negli ultimi 20 anni, si considereranno le seguenti misure craniche (Yom-Tov & Yom-Tov, 2004): lunghezza condilo-basale; larghezza interorbitale; lunghezza delle file dentarie superiori; lunghezza delle fosse orbito-temporali; lunghezze diastemali.
Le misurazioni saranno effettuate con un calibro digitale (precisione di 0,01 mm). Saranno presi in considerazione almeno sette individui adulti per ciascun anno e per ciascuna località studiata. Gli adulti saranno distinti dai giovani tramite lo stato di fusione delle ossa craniche e lo stato di usura dei denti. Per ogni individuo saranno annotati, quando possibile, il sesso, la data e la località di provenienza e lunghezze di coda e testa-corpo. Tali misurazioni saranno effettuate su individui appartenenti alle quattro famiglie: Muridi, Microtidi, Gliridi e Soricidi. In particolare si studieranno le specie Apodemus sylvaticus, Apodemus flavicollis, Clethrionomys glareolus, Glis glis e Crocidura suaveolens. Questa scelta si basa sulla notevole quantità di dati disponibili relativa alle specie suddette, e sulla possibilità di studiare lo stesso fenomeno su quattro famiglie, caratterizzate da biologia ed ecologia differenti. Inoltre la scelta è giustificata dall'esistenza di uno studio effettuato in Germania sul Ghiro (Glis glis), che testimonia come questa specie sia influenzata dai cambiamenti climatici, essendo il suo risveglio dal letargo anticipato di 5 settimane rispetto a quanto registrato trenta anni fa (Koppmann-Rumpf et al., 2003).

d) Analisi morfologiche – Su campioni provenienti da collezioni museali e dall'analisi di borre di Barbagianni, si studieranno le tracce di usura presenti sullo smalto dei molari dei micromammiferi. La presenza delle tracce, la loro forma e la loro posizione dipendono da numerosi fattori, quali possono essere morfologia del dente, struttura dello smalto e tipo di alimento ingerito. Si produrranno calchi riportanti la superficie delle bande dello smalto. Questi saranno analizzati tramite l'ausilio di un microscopio ottico; in seguito si procederà alla loro metallizzazione in oro, e ad una loro successiva analisi mediante microscopio elettronico a scansione (Boglione, Bertolini et al., 1992). Le immagini ottenute saranno analizzate quantitativamente con il software Microwear (Ungar, 2001). In ambito morfologico si procederà, inoltre, allo studio della variazione dello spessore dello smalto dentario. Recenti studi hanno infatti dimostrato come lo spessore vari in concomitanza del regime climatologico: si assiste, infatti, ad un suo assottigliamento in presenza di condizioni climatiche fredde (Hermann, 2001).
Queste analisi, applicate a materiale faunistico recente, possono rappresentare un ulteriore strumento di controllo della validità delle metodologie applicate in paleontologia per la definizione dei paleoambienti. Se i risultati dovessero confermare la validità ricercata si potranno acquisire queste nuove ed innovative metodologie per gli studi neontologici relativi all'influenza del clima sulla dieta dei micromammiferi. Ciò assume notevole importanza soprattutto se collegato allo studio degli effetti dei recenti cambiamenti climatici sulla biosfera.
Valutazioni climatologiche - Per ogni anno e località presi in considerazione nella ricerca si provvederà all'acquisizione di dati climatologici, quali temperature medie, massime e minime, annue, umidità assoluta, precipitazioni medie, massime e minime annue. I dati climatologici saranno reperiti nelle banche dati, consultabili sui siti web ufficiali: www.ucea.it (per l'Italia), www.noaa.gov, www.igbp.kva.se, www.ncdc.noaa.gov(per l'Europa e il bacino mediterraneo). I dati climatologici saranno correlati ai dati faunistici con delle regressioni lineari, per verificare se esista una corrispondenza tra i dati raccolti. Si effettueranno test statistici parametrici e non parametrici per valutare la significatività dei risultati ottenuti.

Risultati attesi
I dati ottenuti serviranno a:
1) aumentare il numero di indicatori, biologici e paleontologici, reciprocamente utili alla caratterizzazione climatica delle aree;
2)valutare la composizione qualitativa e quantitativa della microteriofauna e il grado di complessità dell'area indagata, e ottenere informazioni di carattere sistematico, faunistico, biogeografico ed ecologico relative alle specie presenti sul territorio;
3)definire le diverse modalità di influenza dei cambiamenti climatici sulle popolazioni studiate;
4)costruire modelli climatico-biocenotici utili per studiare le future distribuzioni delle diverse specie come conseguenza dei cambiamenti climatici;
5)costituire un punto di partenza per la standardizzazione di metodologie di rilevazione ed elaborazione dati che tengano conto di fattori di disturbo di variabilità su scala locale e regionale(collocazione geografica, variazione di altitudine e assetto biocenotico dei siti, fattori antropogenici), capaci di alterare le stime relative alla variabilità climatica valutate abitualmente tramite parametri climatologici (temperatura, umidità, piovosità, etc.);
5)realizzare una rete europea di monitoraggio, essenziale per la prevenzione del rischio a livello locale e globale, ai fini della rilevazione e del recupero dei danni provocati dai cambiamenti climatici tramite indicatori biologici ed ecologici, sia a livello di ricerca sia di monitoraggio mediante istituzioni decentrate, iniziative didattiche e associative.