In ecologia , le cascate trofiche derivano dalle interazioni predatore-preda che influenzano l'abbondanza, la biomassa o la produttività di più di un livello all'interno di una rete alimentare . Ciò accade quando un predatore riduce l'abbondanza o modifica il comportamento della sua preda, il che diminuisce la predazione al livello trofico inferiore successivo.
Le cascate trofiche sono state inizialmente percepite come un meccanismo insolito tipico di ecosistemi acquatici scarsamente diversificati, perché la prima evidenza empirica è stata descritta in questo tipo di ambiente. Oggi ci sono esempi di cascate in tutti i principali biomi, sia terrestri che acquatici, dai tropici ai poli.
Il concetto di cascata trofica trova applicazioni nella conservazione , gestione e ripristino dell'ecosistema, nonché nell'ingegneria ecologica .
L'ecologo americano Aldo Leopold è generalmente considerato il primo a descrivere, in un libro del 1949, il meccanismo della cascata trofica dopo aver osservato un aumento del pascolo dei cervi in seguito allo sterminio dei lupi da parte dell'uomo. Circa dieci anni dopo, Hairston, Smith e Slobodkin hanno ripreso l'idea da una prospettiva scientifica. Hanno ipotizzato che le popolazioni erbivore non siano limitate dalle loro risorse alimentari, ma piuttosto dai loro predatori. Ciò implica che i predatori limitano l'abbondanza di erbivori, che promuove la crescita delle piante. Sulla scia degli eventi, Hrbáček ei suoi colleghi pubblicano i loro risultati che mostrano che, negli stagni artificiali, la predazione da parte dei pesci riduce l'abbondanza di zooplancton , portando ad un aumento dell'abbondanza di fitoplancton .
Un classico esempio di cascata trofica è quello delle lontre nelle foreste di alghe . Negli anni '70, Estes e Palmisano hanno studiato la struttura delle comunità costiere nelle Isole Aleutine . Le popolazioni di lontre marine ( Enhydra lutris ) erano assenti o presenti in queste comunità. Confrontando la densità dei ricci di mare ( Strongylocentrotus sp.) E la vegetazione, hanno osservato una maggiore densità di ricci di mare e una bassa copertura di alghe dove le lontre erano assenti. Poiché le lontre sono predatrici di ricci di mare e i ricci di mare pascolano sulle alghe, i ricercatori hanno concluso che la presenza di lontre controlla le popolazioni di ricci di mare, riducendo l'impatto dei ricci di mare sulle comunità di alghe.
In seguito alla pubblicazione di questo studio, altri autori hanno testato l'ipotesi della cascata trofica lontra-riccio di mare-alghe e sono giunti alle stesse conclusioni di Estes e Palmisano. Tuttavia, alcuni ricercatori sono rimasti scettici sull'estrapolazione del ruolo delle lontre, in particolare a causa della piccola scala spaziale a cui erano stati condotti finora gli studi nelle foreste di alghe. Vent'anni dopo l'articolo di Estes e Palmisano, Estes e Duggins pubblicano nuovi avvistamenti effettuati in sette località dell'Alaska nell'arco di un periodo che va dai tre ai 15 anni. I loro dati mostrano che l'effetto delle lontre di mare sulle popolazioni di ricci di mare e, in definitiva, sulle comunità algali è generalizzabile su larga scala spaziale, lasciando pochi dubbi sull'ipotesi iniziale della cascata trofica.
Nuovi giocatoriPrima che gli europei arrivassero in Nord America, le lontre di mare erano abbondanti lungo la costa occidentale. La caccia intensiva per il commercio di pellicce ha portato a un calo significativo della loro popolazione e all'estinzione locale. Sono proprio queste estinzioni locali che hanno permesso di confrontare le foreste di alghe con e senza lontre e di evidenziare l'influenza di queste ultime. La lontra divenne una specie protetta all'inizio del 1900, il che contribuì alla crescita della loro popolazione e al ristabilimento di comunità algali.
Tuttavia, le lontre marine della costa occidentale americana sono oggetto di una crescente predazione da parte delle orche ( Orcinus orca ). Questa predazione probabilmente ha portato a un ulteriore calo delle lontre, associato a un calo della copertura di alghe in Alaska. Recentemente in California, la predazione delle lontre da parte degli squali bianchi ( Carcharodon carcharias ) è aumentata notevolmente.
Una cascata trofica può essere innescata dalla predazione, ma anche dalla modifica del comportamento. Il rischio di predazione, o in altre parole la paura di un predatore, può avere un tale effetto. Ciò deriva dal fatto che, in presenza di un rischio di predazione, una preda si nutrirà di meno perché trascorrerà più tempo in un luogo sicuro che in un luogo ricco di risorse. Per la preda, questo è un compromesso tra cibo e protezione. Riducendo l'apporto energetico degli individui in una popolazione di prede, il predatore limita le dimensioni della popolazione di prede, il che riduce la pressione di predazione al livello trofico inferiore. L'influenza dei predatori è quindi diretta e indiretta.
In un recente studio, ricercatori di diverse università canadesi hanno dimostrato che anche in assenza di un predatore, è possibile provocare una cascata trofica per la sola paura di quel predatore. Per fare questo, hanno posizionato altoparlanti su alcune delle isole del Golfo , nella Columbia Britannica, attraverso le quali hanno proiettato i latrati dei cani. Queste isole hanno la particolarità di non ospitare più grandi carnivori come il lupo ( Canis lupus ), il puma ( Puma concolor ) e l'orso nero ( Ursus americanus ), specie sterminate localmente dalle attività umane nel secolo scorso con eccezione del cane domestico ( Canis lupus familiaris ). Il procione ( Procyon lotor ), un mesocarnivoro, è presente su alcune isole del Golfo, ma assente su altre. Sulla costa delle isole dove è presente il procione, l'abbondanza di granchi e pesci, preda del procione, è inferiore rispetto a dove è assente.
L'abbaiare del cane ha avuto una grande influenza sul comportamento del procione, provocando una cascata trofica. Confrontando le isole con e senza abbaiare, i ricercatori hanno osservato una marcata diminuzione del tempo speso per l'alimentazione del procione. Hanno anche misurato un marcato aumento dell'abbondanza di granchi e pesci sulla costa. Questo studio fornisce prove empiriche che dimostrano che la semplice paura di un predatore è sufficiente per innescare una cascata trofica.