Consequences of climate change on the high mountain vegetation of mount Etna [Conseguenze dei cambiamenti climatici sulla vegetazione altomontana del vulcano Etna]

High-mountain ecosystems are increasingly vulnerable to global climate change, with vegetation responding through altitudinal shifts, structural transformations, and changes in biodiversity. This research explores the long-term ecological dynamics of plant communities on Mount Etna through an integrated approach combining historical phytosociological resurveys, vegetation cartography, landscape metrics, and metabolomic analyses. The first phase involved the resurvey of 45 phytosociological relevés originally sampled between 1959 and 1962, allowing the detection of floristic and structural changes over 65 years. Results revealed a clear thermophilization trend, with upward migration of thermophilous species, decline of cryophilous taxa, and a general shift toward more mature woody communities. Increases in phanerophytes, reduction in therophytes, and nutrient-loving species were also observed, likely influenced by both climate warming and anthropogenic disturbance. Building upon these findings, a new vegetation map of the entire Etna territory was produced for the year 2025, identifying 32 plant communities. This served as a basis for a diachronic analysis of vegetation change across four time points (1965, 1978, 2000, and 2025). GIS-based mapping and rasterized landscape metrics revealed increasing spatial heterogeneity and ecological complexity. Cryophilous and pioneer communities such as the Senecioni aetnensis-Anthemidetum aetnensis and Astragaletum siculii have progressively retreated, while shrubland and woodlands dominated by Genista aetnensis, Fagus sylvatica and Betula etnensis have expanded. These transformations suggest a directional ecological maturation, partially stabilizing after 2000. Diversity and Turnover indices, confirmed the role of elevation, disturbance regimes, and climate variability in shaping these trends, while raising concerns over the decline of vulnerable or endemic communities. To further investigate the adaptive responses of high-altitude species, a physiological and metabolomic analysis was conducted on Pinus nigra group populations from Sicily, Calabria, and Corsica, under simulated drought and heat stress. Sicilian individuals demonstrated greater physiological plasticity and a distinctive metabolic profile under thermal stress, suggesting local adaptation to Mt. Etna’s thermoxeric conditions. Metabolomics markers profiling revealed both conserved and population-specific responses, with Sicilian trees activating unique biosynthetic pathways related to stress resilience. These findings underscore the importance of ecotypic differentiation and provide valuable insight into the mechanisms underpinning forest adaptation to climate extremes. Together, these multidisciplinary investigations offer a comprehensive picture of the ongoing ecological transitions in Mediterranean high-mountain environments and provide key information for conservation strategies in the face of accelerating global change.

Gli ecosistemi altomontani sono tra i più vulnerabili ai cambiamenti climatici globali, e la vegetazione risponde attraverso spostamenti altitudinali, modifiche nella struttura delle comunità e variazioni nella biodiversità. Questo studio indaga le dinamiche ecologiche a lungo termine delle comunità vegetali del Monte Etna mediante un approccio integrato, che combina rilievi fitosociologici storici, cartografia della vegetazione, analisi delle metriche del paesaggio e indagini metabolomiche. Nella prima fase della ricerca sono stati riesaminati 45 rilievi fitosociologici originariamente eseguiti tra il 1959 e il 1962, permettendo di documentare i cambiamenti floristi e strutturali avvenuti nell’arco di 65 anni. I risultati mostrano una chiara tendenza alla termofilizzazione: le specie termofile hanno risalito le quote, i taxa criòfili sono in declino e si osserva una generale evoluzione verso comunità legnose più mature. Si registra inoltre un aumento delle fanerofite, una riduzione delle terofite e una maggiore presenza di specie nitrofile, dinamiche probabilmente influenzate sia dal riscaldamento climatico sia da disturbi antropici. Partendo da queste evidenze, è stata elaborata una nuova carta della vegetazione dell’intero territorio etneo aggiornata al 2025, che ha identificato 32 comunità vegetali. Tale mappa ha costituito la base per un’analisi diacronica condotta su quattro anni di riferimento (1965, 1978, 2000 e 2025). L’utilizzo di strumenti GIS e di metriche paesaggistiche rasterizzate ha messo in luce un aumento dell’eterogeneità spaziale e della complessità ecologica. Comunità criòfile e pioniere come Senecioni aetnensis–Anthemidetum aetnensis e Astragaletum siculii risultano in regressione, mentre arbusteti e formazioni boschive dominate da Genista aetnensis, Fagus sylvatica e Betula etnensis mostrano un’espansione. Queste trasformazioni indicano un processo di maturazione ecologica direzionale, che tende a stabilizzarsi dopo il 2000. Gli indici di diversità e di turnover confermano il ruolo fondamentale dell’altitudine, dei regimi di disturbo e della variabilità climatica nel determinare queste tendenze, sollevando al contempo preoccupazioni per il declino di comunità vulnerabili o endemiche. Per approfondire le risposte adattative delle specie altomontane, è stata condotta un’analisi fisiologica e metabolomica su popolazioni del gruppo Pinus nigra provenienti da Sicilia, Calabria e Corsica, sottoposte a condizioni simulate di siccità e stress termico. Gli individui siciliani hanno mostrato una maggiore plasticità fisiologica e un profilo metabolico distintivo in condizioni di stress termico, suggerendo un adattamento locale alle condizioni termoxeriche dell’Etna. Le analisi metabolomiche hanno evidenziato risposte sia conservate che specifiche per popolazione, con gli individui siciliani capaci di attivare vie biosintetiche uniche associate alla resilienza agli stress. Nel complesso, queste indagini multidisciplinari offrono una visione approfondita delle transizioni ecologiche in corso negli ambienti altomontani mediterranei, fornendo informazioni fondamentali per sviluppare strategie di conservazione in un contesto di rapido cambiamento climatico.