Le reti di satelliti, le boe oceaniche e le stazioni meteo sono alcuni degli strumenti metereologici principali usati per misurare i parametri climatici, e permettono agli scienziati di tutto il mondo di realizzare modelli ed elaborare proiezioni per il futuro. Tuttavia, la velocità con cui sta avvenendo il cambiamento climatico e le conseguenze che ne derivano, come l’aumento degli eventi estremi, impongono la ricerca di nuovi metodi per reperire dati completi e accurati che superino i limiti di risoluzione attuali. Infatti, per esempio, le stazioni metereologiche non coprono tutti gli ecosistemi, ne esistono poche sopra ai 2000 metri di quota e in questi paesaggi topograficamente eterogenei (che si sviluppano su quote diverse) è difficile ottenere dati ambientali accurati. Le misure dei satelliti invece possono essere limitate dalla copertura nuvolosa. Anche boe e palloni sonda non sono equamente distribuiti in ogni momento, per esempio l’emisfero australe è molto meno studiato con questi strumenti rispetto a quello boreale.

Usare gli animali come stazioni meteo

Una soluzione pratica e conveniente per riempire le lacune nel sistema di osservazione esistente è stata proposta da Diego Ellis Soto, dottorando all’università di Yale. Nell’articolo pubblicato a luglio 2023 sulla rivista Nature Climate Change Soto e collaboratori presentano un’ampia panoramica sui vantaggi offerti dagli ABS, o animal-borne sensors (letteralmente, sensori portati da animali). L’idea è quella di applicare sensori ambientali agli animali selvatici, che possono così essere sfruttati per collezionare dati su condizioni climatiche ed ecologiche di tutto il pianeta.

Gli ABS non sono nuovi al mondo della scienza. Il primo esempio risale al 1940: riguarda una balena sulla quale venne attaccato un misuratore di profondità per capire meglio la sua fisiologia di immersione. Oggi il ruolo degli ABS nei sistemi marini è ormai ampiamente riconosciuto e le istituzioni governative si affidano a essi per le misure oceanografiche locali. Tra gli animali utilizzati come “supporto” per i sensori troviamo molti pinnipedi come l’elefante marino (Mirounga leonina), che viene utilizzato per monitorare la temperatura e la salinità dell’acqua. Gli ABS possono fornirci dati anche sulla terraferma e in aria. Le cicogne bianche migratrici (Ciconia ciconia) ci permettono di stimare la velocità e la direzione del vento, oltre a raccogliere informazioni sulla struttura dell’atmosfera, come l’altezza dello strato limite. Nell’articolo viene sottolineata la capacità degli ABS di contribuire a misurazioni molto più ampie del meteo e dei cambiamenti climatici, in quanto il campionamento è attivo e basato sull’individuo. Questo è un modo unico per valutarne le conseguenze ecologiche. Inoltre, sono in grado di raccogliere informazioni a un altissimo dettaglio spazio-temporale, sia da sole che in combinazione con altre fonti di dati. È stato visto, infatti, che gli ABS sono molto più efficienti rispetto a galleggianti e imbarcazioni nelle regioni dell’Antartide e superano le risoluzioni spaziali dei dati raccolti dai palloni metereologici, i quali come dicevamo sono anche poco diffusi nell’emisfero australe. La loro unicità permette di cogliere le variazioni ambientali a breve termine e a breve distanza, come accade durante gli eventi estremi o nei paesaggi topograficamente eterogenei. Infatti, gli animali possono accedere ad aree remote e rilevare eventi rari e difficili da misurare. Inoltre, l’accoppiamento delle variabili misurate dall’ABS con i dati sulla copertura del suolo potrebbe produrre dati di temperatura specifici per l’habitat nelle regioni in cui i sensori in situ sono poco diffusi. Per esempio, un primate arboricolo potrebbe campionare il microclima appena sotto la chioma di diversi tipi di foresta, aree difficili da studiare in modo completo con i sensori tradizionali. Questa risoluzione “a grana fine” permette di comprendere in modo più meccanicistico le nicchie ambientali delle specie e quindi è fondamentale per la comprensione, la gestione e la conservazione della biodiversità in tutto il mondo.

Una strategia adatta a molti ambienti e scopi diversi

I servizi offerti dagli ABS non si limitano a reperire dati in zone più o meno difficili, possono essere impiegati anche a tutela della salute umana. I comuni piccioni (Columba livia), per esempio, sono stati usati per monitorare la qualità dell’aria in una delle città più inquinate al mondo, Ulaanbaatar, in Mongolia. Inoltre, gli ABS possono monitorare potenziali spillover: per esempio uccelli acquatici infettati dall’influenza aviaria mostrano comportamenti e fisiologia alterati dovuti alla risposta indotta dal sistema immunitario. Osservando tali cambiamenti attraverso i sensori degli animali taggati si potrebbe scoprire un potenziale hotspot di zoonosi prima che si diffonda. I vantaggi che potrebbero dare gli ABS si spingono anche all’idrologia di montagna, un’area critica da migliorare per le proiezioni dei cambiamenti climatici e dei deflussi d’acqua per la produzione alimentare. Per esempio, un sistema di “allerta biologica” basato sugli ABS per il precoce scioglimento delle nevi può essere usato a integrazione di altri indicatori. Allo stesso tempo, queste strategie ci possono permettere di studiare meglio le dinamiche di popolazione e di ampliare le nostre conoscenze ecologiche. Possono fornire infatti informazioni sul comportamento e sulla sopravvivenza degli individui e quindi contribuire a perfezionare la definizione di evento “estremo” nelle varie popolazioni. Gli ABS possono infatti catturare informazioni chiave sulle risposte comportamentali immediate e a lungo termine di singoli individui (con il cambiamento climatico si riscontrano cambiamenti nei tempi di migrazione, periodi di accoppiamento e interazioni tra specie). Questo aiuterà a scoprire i modelli e i processi relativi agli eventi di mortalità di massa, come quelli indotti da intense ondate di calore, e consentirà di cogliere in maniera più integrata delle risposte comportamentali e fisiologiche ai fattori di stress ambientale.

I limiti degli Animal-borne sensors e il loro sviluppo futuro

Nel loro studio Soto e colleghi elencano anche i limiti di cui tener conto per la raccolta dei dati tramite ABS. Innanzitutto, la raccolta dei dati è casuale: varia a seconda della strategia di movimento di un animale, della scala spaziale, della selezione dell’habitat, del tasso di rivisitazione degli individui in ogni sito e della risoluzione temporale della raccolta dei dati. Bisogna anche tenere conto dei potenziali errori. Per esempio, i flussi di energia (come il trasferimento di calore) che interagiscono i materiali del sensore possono diventare una fonte di errore. Bisogna tener conto anche degli errori sistematici del GPS. Si può tuttavia ovviare a questi problemi usando semplici principi fisici e applicando algoritmi per correggere le misure. Inoltre, gli strumenti per la ricerca meteorologica offrono già una serie di metodologie per correggere le distorsioni dovute al fatto che i sensori non sono distribuiti in modo causale e uniforme nell’ambiente. Gli animali infatti si spostano e preferiscono alcune condizioni rispetto ad altre, fattori di cui bisogna tenere conto nell’elaborare i dati. Non bisogna poi dimenticare l’importanza di considerare l’etica della manipolazione degli animali a cui vengono applicati i sensori, che possono avere un impatto negativo sul comportamento e la sopravvivenza degli stessi. Gli autori concludono spiegando che realizzare il potenziale degli ABS a supporto degli studi ambientali richiederà uno stretto impegno e una collaborazione tra fisici, biologi e ingegneri. La standardizzazione dei dati e lo sviluppo di procedure condivise saranno necessarie per integrare i dati degli ABS con quelli esistenti.

Scrivono gli autori:

“Le migliaia di animali che oggi nuotano, corrono e volano in giro per il mondo portando tag elettronici sono abili osservatori della terra e possono fornire una raccolta dati trasformativa a supporto della ricerca sul cambiamento globale, alla meteorologia, alle previsioni climatiche e all’ ecologia”.

Riferimenti:
Ellis-Soto, D., Wikelski, M., & Jetz, W. (2023). Animal-borne sensors as a biologically informed lens on a changing climate. Nature Climate Change, 13, 1042–1054. doi: 10.1038/s41558-023-01781-7

Immagine: LARS BOEHME, UNIVERSITY OF ST ANDREWS, pubblicata in Boehme, L., Lovell, P., Biuw, M., Roquet, F., Nicholson, J., Thorpe, S. E., …Fedak, M. (2009). Technical Note: Animal-borne CTD-Satellite Relay Data Loggers for real-time oceanographic data collection. Ocean Science, 5(4), 685–695. doi: 10.5194/os-5-685-2009