In ecologia si discute da tempo sul perché così tante specie di alberi coesistano in foreste ricche di specie e su come ciò sia correlato a determinati modelli spaziali delle specie arboree. Chiarire questa questione è importante perché può fornire informazioni preziose sulla stabilità delle foreste ricche di specie. Un team internazionale di scienziati guidato dal Centro Helmholtz per la ricerca ambientale (UFZ) ha scoperto modelli inaspettati nella distribuzione spaziale delle specie arboree e li ha pubblicati su Nature. Per garantire la coesistenza delle specie arboree, le foreste tropicali e temperate si affidano con successo a strategie contrapposte basate sull'agglomerazione degli alberi e sull'abbondanza delle specie arboree.
Si tratta di una vera e propria miniera di dati: con oltre 75 postazioni di osservazione permanenti in 29 paesi in tutto il mondo, la rete Forest Global Earth Observatory (ForestGEO) dello Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) offre un'eccellente opportunità per studiare le dinamiche degli ecosistemi forestali, al fine di comprendere meglio i processi che influenzano la struttura e la funzione delle foreste. In questi appezzamenti di terreno di 20-50 ettari, ogni albero è stato identificato, misurato e monitorato per oltre 40 anni, spesso più di 200.000 alberi per appezzamento. I due modellatori dell'ecosistema UFZ, il Dott. Thorsten Wiegand e il Prof. Dott. Andreas Huth, hanno esaminato la questione più da vicino. Utilizzando i dati ForestGEO, un team internazionale coordinato dai due ricercatori dell'UFZ ha analizzato come sono distribuite le specie arboree nelle foreste e quali processi sono responsabili di questi modelli spaziali. "La ricerca dei principi che governano la distribuzione spaziale delle specie arboree e la dinamica delle foreste è da tempo una sfida per l'ecologia teorica", afferma il primo autore Thorsten Wiegand, descrivendo la questione.
Per le analisi, il team di ricerca ha esaminato tutti gli alberi con un diametro del tronco di almeno 10 centimetri in varie aree geografiche ForestGEO. "Quanto più le aree forestali studiate sono vicine all'equatore, tanto minore è la probabilità che gli alberi di specie rare abbiano un conspecifico nelle vicinanze", afferma Andreas Huth. Al contrario, nelle foreste temperate hanno riscontrato solo piccole differenze tra specie comuni e rare. Ciò determina un gradiente che si estende dai tropici alle zone subtropicali fino alle latitudini temperate. Ciò ha sollevato due domande per i ricercatori dell'UFZ: quali processi causano le diverse relazioni tra la frequenza e il numero di vicini della stessa specie? E quali conseguenze ha questo sulla coesistenza delle specie arboree?
Per trovare risposte a queste domande, i ricercatori hanno utilizzato le conoscenze esistenti sui meccanismi di dispersione delle specie. "Circa il 70-80% delle specie arboree nelle zone tropicali si diffonde tramite gli animali, una percentuale significativamente maggiore rispetto alle foreste temperate", afferma Thorsten Wiegand. Un altro fattore importante sono i funghi micorrizici . Queste reti fungine formano una relazione simbiotica con le radici sottili degli alberi, a vantaggio di entrambi gli organismi: il fungo fornisce agli alberi nutrienti e acqua e, in cambio, riceve glucosio. "Nelle foreste temperate, le micorrize proteggono le radici dei giovani alberi vicini ad alberi più grandi della stessa specie da agenti patogeni o insetti nocivi", spiega il dottor Samuel M. Fischer, modellista di ecosistemi dell'UFZ, che ha partecipato allo studio. Nelle foreste tropicali, invece, predomina un tipo specifico di fungo, la micorriza arbuscolare, che non protegge le radici dei giovani alberi. "Pertanto, i semi devono assicurarsi di allontanarsi il più possibile dagli alberi genitori e gli animali di solito li aiutano in questo", conclude. Se consideriamo ora le specie arboree dei 21 siti ForestGEO studiati che sono sia disperse dagli animali sia dotate di micorrize arbuscolari, il gradiente dalle latitudini tropicali a quelle temperate risulta ancora più pronunciato. La conclusione: "Nelle foreste tropicali, meccanismi come la dispersione dei semi da parte degli animali determinano i modelli spaziali osservati, mentre nelle foreste temperate i funghi micorrizici assicurano che anche le specie rare possano avere molti vicini della stessa specie", afferma Thorsten Wiegand.
Per trarre nuove conclusioni sulla coesistenza delle specie dai risultati dell'analisi dei dati spaziali, i ricercatori dell'UFZ si sono ora affidati a simulazioni spazialmente esplicite e modelli matematici. "Volevamo scoprire quali fossero le condizioni affinché diverse specie di alberi con esigenze simili potessero coesistere", afferma Andreas Huth. In generale, il fattore decisivo per la coesistenza delle specie e quindi per la stabilità della comunità di specie nella foresta è se le specie arboree divenute rare possano nuovamente crescere. In questo caso la comunità delle specie arboree è considerata stabile. I ricercatori dell'UFZ hanno sviluppato una nuova formula per la teoria della dinamica forestale che include un fattore di rischio. Questo determina in larga misura le condizioni in cui una specie rara può sopravvivere.
Il risultato: il fattore di rischio è tanto minore quanto più la specie è comune e quanti più vicini le sono simili. Ciò aumenta la probabilità che le specie possano coesistere. Le specie delle foreste temperate presentano quindi in genere un fattore di rischio basso. Nelle foreste tropicali i fattori di rischio delle specie arboree sono spesso maggiori, ma altri fattori giocano un ruolo, come la dispersione dei semi da parte degli animali, che possono compensare questo svantaggio. «Le foreste tropicali e temperate presentano ciascuna una struttura spaziale ottimale in cui si è sviluppata la coesistenza delle specie arboree», conclude Thorsten Wiegand.
Questo meccanismo spaziale appena scoperto rappresenta ora il punto di partenza per ulteriori ricerche, per le quali Thorsten Wiegand, insieme ad Andreas Huth, intende sviluppare ulteriormente la teoria per comprendere le dinamiche spaziali e la stabilità delle foreste ricche di specie nell'ambito di un Advanced ERC Grant acquisito lo scorso anno. "Ora vogliamo ampliare significativamente i nostri studi e metodi, ad esempio tenendo conto delle dimensioni degli alberi, dell'immigrazione delle specie e di caratteristiche più dettagliate delle specie, nonché utilizzando dati di telerilevamento", afferma. Hanno a disposizione circa 2,5 milioni di euro per quasi cinque anni.
pubblicazione originale
Thorsten Wiegand, Juyu Lian, Luxiang Lin, Feng Liu, Keping Ma, William McShea, Xiangcheng Mi, Jonathan A. Myers, Anuttara Nathalang, David A. Orwig, Guochun Shen, Sheng-Hsin Su, I-Fang Sun, Xihua Wang, Amy Wolf, Enrong Yan, Wanhui Ye, Yan Zhu e Andreas Huth: scala latitudinale dell'aggregazione con abbondanza e convivenza nelle foreste, Natura, doi: 10.1038/s41586-025-08604-z
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