La nuova mappa globale della biodiversità delle formiche: dove si potrebbero nascondere specie sconosciute

L'intelligenza artificiale per creare una mappa del tesoro delle specie di formiche sconosciute

[5 Agosto 2022]

Il grande biologo scomparso Edwar O Wilson definì gli invertebrati «Le piccole cose che governano il mondo», senza le quali «La specie umana [non durerebbe] più di qualche mese». Pensava soprattutto alle sua amate formiche che sono una parte importante della Terra vivente: cacciatrici, agricoltrici, mietitrici, pastori, tessitori e falegnami importanti per il funzionamento degli ecosistemi, che costituiscono più di 14.000 specie diverse e. nella maggior parte degli ecosistemi terrestri, una gran parte della  biomassa animale. Come altri invertebrati, le formiche svolgono ruoli vitali per l’aerazione del suolo e la dispersione di semi e sostanze nutritive, sono spazzini efficienti e anche prede di altre specie.

Finora però mancava una visione globale della loro diversità. Una lacuna colmata dallo studio “The global distribution of known and undiscovered ant biodiversity” pubblicato su Science Advances da un team internazionale di ricercatori guidato dalla Biodiversity and Biocomplexity Unit dell’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), che illustra la realizzazione di una mappa ad alta risoluzione e di un dataset che combinano le conoscenze esistenti con il machine learning  per stimare e visualizzare la biodiversità globale delle formiche.

Uno dei principali autori dello studio, Evan Economo, a capo della Biodiversity and Biocomplexity Unit, spiega che «Questo studio aiuta ad aggiungere le formiche e gli invertebrati terrestri in generale alla discussione sulla conservazione della biodiversità. Dobbiamo conoscere le localizzazioni dei centri ad alta diversità di invertebrati, in modo da conoscere le aree che possono essere al centro della ricerca futura e della protezione ambientale. Questa risorsa servirà anche a rispondere a una serie di domande biologiche ed evolutive su come si è diversificata la vita e su come sono nati i modelli nella diversità».

Questo colossale progetto decennale è iniziato quando il co-primo autore dello studio ed ex postdoc dell’OIST, Benoit Guénard, ora all’Università di Hong Kong, ha collaborato con Economo per creare un database di registrazioni di occorrenze per diverse specie di formiche utilizzando archivi online, collezioni museali e circa 10.000 pubblicazioni scientifiche. Ricercatori di tutto il mondo hanno contribuito e aiutato a identificare gli errori. Sono state prese in considerazione più di 14.000 specie per le quali i dati disponibili variavano notevolmente. Uno degli autori dello studio, Robert Guralnick, curatore biodiversity informatics al lorida Museum of Natural History, sottolinea che «Questa è un’impresa enorme per un gruppo noto per essere un ingegnere ecosistemico essenziale. Rappresenta un lavoro enorme non solo per tutti i coautori, ma anche tra i molti naturalisti che hanno contribuito alla conoscenza della distribuzione delle formiche in tutto il mondo».

I ricercatori si sono resi conto che «La stragrande maggioranza di questi dati, pur contenendo una descrizione della posizione campionata, non aveva le coordinate precise necessarie per la mappatura». Per risolvere questo problema, il coautore Kenneth Dudley della Environmental Informatics Section  dell’OIST ha creato un flusso di lavoro computazionale per stimare le coordinate dai dati disponibili, che ha anche verificato la presenza di errori in tutti i dati.  Quindi il co-primo autore dello studio  Jamie Kass dell’OIST, con Dudley e il tecnico di ricerca Fumika Azuma, hanno effettuato stime per ciascuna specie di formiche a seconda della quantità di dati disponibili. mettendo insieme queste stime per formare una mappa globale, divisa in una griglia di 20 km per 20 km, che mostrava una stima del numero di specie di formiche per ogni quadrato (chiamata ricchezza di specie). Hanno anche creato una mappa che mostra il numero di specie di formiche con intervalli molto piccoli per quadrato (chiamata rarità delle specie). Il team di ricerca dice che «In generale, le specie con piccoli areali sono particolarmente vulnerabili ai cambiamenti ambientali».

Ma c’era un altro problema da superare: la distorsione del campionamento. Kass  evidenzia che «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. 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 il machine learning  per prevedere come cambierebbe la biodiversità delle formiche 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. Economo fa notare che «Questo ci dà una sorta di “mappa del tesoro”, che può guidarci verso dove dovremmo esplorare la prossima volta e cercare nuove specie con areali ristretti».

Okinawa, nel Giappone meridionale, è stata identificata come un centro di rarità, poiché molte specie endemiche di queste isole hanno areali molto piccoli, circa 1.000 volte più piccoli delle specie sparse in Nord America ed Europa. «Pertanto, luoghi come Okinawa sono fondamentali per la protezione dell’ambiente per preservare la biodiversità», svvertono gli scienziati.

Quando i ricercatori hanno confrontato la rarità e la ricchezza delle distribuzioni delle formiche con quelle di 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 lo erano l’uno dall’altro, il che è inaspettato, dato che le formiche sono evolutivamente molto distanti dai vertebrati. Questo è importante in quanto suggerisce che le aree prioritarie per la diversità dei vertebrati possono anche avere un’elevata diversità di specie di invertebrati. Ma, allo stesso tempo, è necessario riconoscere 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 che dei vertebrati».

Infine, i ricercatori hanno esaminato quanto siano ben protette queste aree ad alta diversità di formiche, scoprendo che si tratta di una percentuale bassa: «Solo il 15% del 10% dei centri di rarità delle formiche più ricco aveva una sorta di protezione legale, come un parco nazionale o una riserva, che è inferiore alla protezione esistente per i vertebrati».

Economo conclude: «Abbiamo chiaramente molto lavoro da fare per proteggere queste aree critiche».