Ruolo di migrazione, predazione, competizione ed epidemie sulla reintroduzione del lupo nel Parco Nazionale di Yellowstone

The present study took place after the previous work "The reintroduction of wolves in Yellowstone National Park: proposal and analysis of a model" developed in 2005-2006. The initial aim of this study was that of testing the same simulation model to identify consequences after the reintroduction of wolves in Yellowstone National Park, focusing on a geographically well-defined portion of the Park called Northern Wintern Range. The study investigated the interactions between resources, consumers and predators both with the presence and the absence of wolves, from their reintroduction in the park, which took place between 1995 and 1996, and 2004. Now model parameters have been updated for simulations concerning nine years between 1995 and 2003, and the results have been compared with the previous study. In this work new equations have been implemented into the model and the results have been compared with real data. Simulations allowed to identify the most important variables to be considered to improve the parameters of the model i.e. climate variables, and differences in trophic interactions from one height to another. A Matlab tool opened the possibility to manage with complex numerical issues including dynamical system bifurcations with both continuous and discrete parameters. Thus a new model was obtained and has been used by implementing the equations from the previous model and by inserting the new parameters related to temperature, in order to observe population changes in the trophic chain. A further analysis has been conducted by testing a new predator introduction: the bear. New trends in population dynamics were observed thanks to the new parameters, and previous results have been updated, mainly for what concerns deer and wolf populations. Than, the model was further upgraded to be able to take into account the effects of intraspecific competition for wolves and the extra-mortality caused by an epidemic spread between 2003 and 2005 among wolves. The thesis work enabled us to develop and refine the model initially proposed, thus allowing to obtain simulations that can explain qualitatively the historical trends recorded for the considered items. The study allowed us to identify the main factors that have significantly influenced the course of wolf population in the observed time, that is the presence of bear, the intraspecific competition and the effect of extra-mortality.

Il presente studio costituisce la prosecuzione del lavoro precedentemente svolto nella tesi di laurea “La reintroduzione del lupo nel Parco Nazionale di Yellowstone: proposta e analisi di un modello” sviluppato nell’anno accademico 2005-2006. L’obiettivo iniziale che ci si è posti è stato quello di capire le conseguenze della reintroduzione dei lupi nel Parco Nazionale di Yellowstone, focalizzando l’attenzione su una porzione ben definita geograficamente del Parco stesso denominata Northern Wintern Range e utilizzando inizialmente il modello di simulazione precedentemente sviluppato. Lo studio in primo luogo ha considerato le interazioni tra risorse, consumatori e predatori in assenza e in presenza del lupo, dalla loro reintroduzione nel parco avvenuta tra il 1995 e il 1996 fino al 2004, anno in cui era stata interrotta tale analisi nel precedente elaborato di tesi. L’analisi, dunque, si è sviluppata dapprima dalla reintroduzione nel Parco del lupo sino al 2004, anno in cui sono stati riaggiornati i parametri del modello utilizzato per le simulazioni, ed è proseguita con ulteriori simulazioni dal 1995 sino al 2013 realizzate senza compiere alcuna interruzione e confrontando i risultati ottenuti nei due casi. Si è approfondito lo studio, provando ad implementare le equazioni nel modello e individuando le possibili cause dei risultati ottenuti dalle simulazioni dei lupi nel tempo, rapportandoli con i dati misurati, considerando quali possibili motivi in primis il fattore climatologico che genera a seconda delle stagioni, una diversa migrazione nella rete trofica in alta e in bassa quota nel Parco di Yellowstone, ottenendo nuove equazioni in funzione della temperatura. Vista la complessità del numero di equazioni si è utilizzato un software grafico di Matlab per la prosecuzione numerica e lo studio di biforcazioni dei sistemi dinamici con parametri continui e discreti. Questo nuovo modello è stato utilizzato implementando le equazioni considerate in quello precedente e inserendo i parametri funzione della temperatura, per poter osservare i cambiamenti delle popolazioni nella rete trofica. È stata quindi condotta un’ulteriore analisi introducendo nella rete trofica un nuovo predatore: l’orso. Sono state studiate le conseguenze di tale introduzione in termini di nuovo andamento delle popolazioni e, a seguito del raffronto con gli andamenti precedentemente ottenuti, sono state valutate le cause che avevano portato a quest’ultimi relativamente alle popolazioni dei cervi e dei lupi nei diversi anni di studio. Si è quindi sviluppato ulteriormente il modello affinché tenesse in considerazione anche gli effetti della competizione intraspecifica dei lupi e di una extra-mortalità causata da un epidemia diffusasi tra il 2003 ed il 2005 nella popolazione di questo predatore. Il lavoro di tesi ha permesso di sviluppare e affinare il modello inizialmente proposto, permettendo così di ottenere simulazioni in grado di spiegare in termini qualitativi gli andamenti storici registrati per le grandezze considerate. Lo studio svolto ha permesso di individuare i principali fattori che hanno influenzato significativamente l’andamento della popolazione di lupi sul tempo osservato e cioè la presenza dell’orso, la competizione intraspecifica e l’effetto della extra-mortalità.