I ricercatori utilizzano l’intelligenza artificiale per creare una mappa del tesoro di specie di formiche sconosciute
EO Wilson una volta definì gli invertebrati “le piccole cose che governano il mondo”, senza le quali “la specie umana [non durerebbe] più di qualche mese”. Anche se piccoli, gli invertebrati hanno un’influenza smisurata sui loro ambienti, impollinando le piante, abbattendo la materia organica e accelerando il ciclo dei nutrienti. E ciò che manca loro di statura, lo compensano con la diversità. Con oltre un milione di specie conosciute, gli insetti da soli superano di gran lunga tutti gli altri invertebrati e vertebrati messi insieme.
Nonostante la loro importanza e ubiquità, alcune delle informazioni più basilari sugli invertebrati, come dove sono più diversi e quanti ce ne sono, rimangono ancora un mistero. Ciò è particolarmente problematico per gli scienziati della conservazione che cercano di evitare il declino globale degli insetti; non puoi conservare qualcosa se non sai dove cercarlo.
In un nuovo studio pubblicato questo mercoledì sulla rivista Science Advances , i ricercatori hanno utilizzato le formiche come proxy per aiutare a colmare le principali lacune di conoscenza e, si spera, iniziare a invertire questi declini. Lavorando per più di un decennio, i ricercatori di istituzioni di tutto il mondo hanno messo insieme quasi un milione e mezzo di record di posizione da pubblicazioni di ricerca, database online, musei e lavori scientifici sul campo. Hanno usato questi dati per aiutare a produrre la più grande mappa globale della diversità degli insetti mai creata, che sperano sarà utilizzata per dirigere gli sforzi futuri di conservazione.
“Questa è un’impresa enorme per un gruppo noto per essere un ingegnere critico dell’ecosistema”, ha affermato il coautore Robert Guralnick, curatore dell’informatica sulla biodiversità presso il Florida Museum of Natural History. “Rappresenta uno sforzo enorme non solo tra tutti i coautori, ma anche tra i molti naturalisti che hanno contribuito alla conoscenza della distribuzione delle formiche in tutto il mondo”.
La creazione di una mappa abbastanza grande da tenere conto dell’intera biodiversità delle formiche ha presentato diverse sfide logistiche. Sono state incluse tutte le specie di formiche attualmente conosciute, che ammontavano a più di 14.000, e ognuna variava notevolmente nella quantità di dati disponibili.
La maggior parte dei documenti utilizzati conteneva una descrizione del luogo in cui una formica è stata raccolta o avvistata, ma non sempre aveva le coordinate precise necessarie per la mappatura. Dedurre l’estensione della portata di una formica da record incompleti richiedeva un’abile disputa sui dati.
Il coautore Kenneth Dudley, un tecnico ricercatore dell’Okinawa Institute of Science and Technology, ha costruito un flusso di lavoro computazionale per stimare le coordinate dai dati disponibili, che ha anche verificato la presenza di errori nei dati. Ciò ha consentito ai ricercatori di effettuare stime di portata diverse per ciascuna specie di formica a seconda della quantità di dati disponibili. Per le specie con meno dati, hanno costruito forme che circondano i punti dati. Per le specie con più dati, i ricercatori hanno previsto la distribuzione di ciascuna specie utilizzando modelli statistici che hanno messo a punto per ridurre il più possibile il rumore.
I ricercatori hanno unito queste stime per formare una mappa globale, divisa in una griglia di 20 km per 20 km quadrati, che mostrava una stima del numero di specie di formiche per quadrato (chiamata ricchezza di specie). Hanno anche creato una mappa che mostrava il numero di specie di formiche con intervalli molto piccoli per quadrato (chiamata rarità delle specie). In generale, le specie con piccoli areali sono particolarmente vulnerabili ai cambiamenti ambientali.
Tuttavia, c’era un altro problema da superare: la distorsione del campionamento.
“Alcune aree del mondo che ci aspettavamo fossero centri di diversità non venivano mostrate sulla nostra mappa, ma le formiche in queste regioni non erano ben studiate”, ha spiegato il co-primo autore Jamie Kass, un borsista post-dottorato presso l’Okinawa Institute of Scienze e tecnologia. “Altre aree sono state campionate estremamente bene, ad esempio parti degli Stati Uniti e dell’Europa, e questa differenza nel campionamento può influire sulle nostre stime della diversità globale”.
Quindi, i ricercatori hanno utilizzato l’apprendimento automatico per prevedere come cambierebbe la loro diversità se avessero campionato tutte le aree del mondo allo stesso modo e, così facendo, hanno identificato le aree in cui stimano l’esistenza di molte specie sconosciute e non campionate.
“Questo ci dà una sorta di ‘mappa del tesoro’, che può guidarci verso dove dovremmo esplorare la prossima volta e cercare nuove specie con aree ristrette”, ha affermato l’autore senior Evan Economo, professore all’Okinawa Institute of Science and Technology.
Quando i ricercatori hanno confrontato la rarità e la ricchezza delle distribuzioni delle formiche con anfibi, uccelli, mammiferi e rettili relativamente ben studiati, hanno scoperto che le formiche erano diverse da questi gruppi di vertebrati tanto quanto i gruppi di vertebrati erano l’uno dall’altro.
Ciò era inaspettato dato che le formiche sono evolutivamente molto distanti dai vertebrati e suggerisce che le aree prioritarie per la diversità dei vertebrati possono anche avere un’elevata diversità di specie di invertebrati. Gli autori avvertono, tuttavia, che i modelli di biodiversità delle formiche hanno caratteristiche uniche. Ad esempio, il Mediterraneo e l’Asia orientale si presentano come centri di diversità per le formiche più dei vertebrati.
Infine, i ricercatori hanno esaminato quanto siano ben protette queste aree ad alta diversità di formiche. Hanno scoperto che si trattava di una percentuale bassa: solo il 15% del 10% più ricco dei centri di rarità delle formiche aveva una sorta di protezione legale, come un parco nazionale o una riserva, che è inferiore alla protezione esistente per i vertebrati.
“Chiaramente, abbiamo molto lavoro da fare per proteggere queste aree critiche”, ha concluso Economo.
