• biofilm
• critical slowing down
• indicatori precoci
• regime shift
• resilienza
• transizioni critiche

Graduali cambiamenti delle condizioni ambientali (es. aumento dei nutrienti, perdita di habitat, riduzione della biodiversità) possono condurre un ecosistema fino a una soglia critica (“tipping point”), oltre la quale l’ecosistema transita in uno stato alternativo. Anticipare tali transizioni critiche è difficile, poiché la variabile di risposta del sistema manifesta solo lievi cambiamenti prima che il sistema transiti nello stato alternativo. Recenti studi teorici hanno proposto l’utilizzo d’indicatori precoci, basati sul fenomeno del “critical slowing down” (CSD) per ottenere informazioni riguardo alla prossimità del sistema al tipping point. Il CSD prevede un declino della capacità di un sistema di rispondere alle perturbazioni mano a mano che esso si avvicina al tipping point. Recenti esperimenti con microrganismi (cianobatteri o lieviti), condotti in condizioni controllate di laboratorio, hanno fornito evidenza sperimentale a supporto del CSD. Scopo della presente tesi è stato quello di estendere questo test sperimentale e di valutare gli indicatori precoci in un ecosistema di costa rocciosa, il microfitobenthos epilitico o biofilm.
In tale lavoro di tesi è stata valutata l’ipotesi secondo cui la capacità di recupero del biofilm da piccole perturbazioni (piccole rimozioni di biomassa) dovrebbe diminuire lungo un gradiente di perturbazione (incremento di temperatura). Tale studio ha permesso inoltre di valutare se gli indicatori diretti proposti per anticipare le transizioni critiche, quali l’aumento di autocorrelazione e di varianza, si comportano come previsto dalla teoria in condizioni naturali. Per testare tali ipotesi è stato allestito un esperimento manipolativo nella località di Castiglioncello (Rosignano Marittimo). Nell’autunno del 2014 sono state installate nel sito di studio delle mattonelle di arenaria, nella porzione di costa compresa tra gli 0,2 e 0,4 m sopra il livello medio di bassa marea. Tali mattonelle sono state esposte alla colonizzazione naturale da parte del biofilm e sono state utilizzate, una volta terminato il processo di colonizzazione, come unità per la manipolazione sperimentale. L’innalzamento della temperatura dell’aria è stato ottenuto mediante l’utilizzo di camere a riscaldamento passivo fatte di Plexiglas®, mediante il quale sono stati ottenuti tre livelli di temperatura: Naturale, Riscaldamento moderato e Riscaldamento elevato.
I risultati evidenziano come l’aumento medio di temperatura abbia effettivamente alterato le dinamiche temporali del biofilm. Tale effetto può essere dovuto al fatto che l’esposizione ad elevate temperature abbia sottoposto il biofilm a uno stress fisiologico tale da diminuirne il tasso di crescita. Inoltre, dall’analisi degli indicatori di perdita di resilienza, non è emerso alcun effetto significativo del trattamento di riscaldamento. Contrariamente agli indicatori indiretti, il tempo di recupero in seguito alla piccola perturbazione ha mostrato un aumento significativo lungo il gradiente crescente di temperatura.
In conclusione, nonostante l’aumento di temperatura di temperatura non abbia portato il biofilm al collasso, i risultati mostrano come leggeri innalzamenti nella temperatura possano indurre notevoli cambiamenti in comunità che, come il biofilm, vivono in prossimità dei loro limiti di tolleranza. Inoltre, il tempo di recupero in seguito ad una piccola perturbazione risulta, rispetto agli indicatori indiretti, l’indicatore più robusto nel segnalare l’avvicinamento di un sistema ad una soglia critica.