Dati selvaggi: come i sensori animali rivoluzionano le osservazioni della Terra
Le mappe illustrano la raccolta di dati sulla temperatura durante il 2008 nel Parco Nazionale Kruger, in Sudafrica, utilizzando sia sensori satellitari che sensori montati su elefanti. La mappa superiore presenta una media annuale delle temperature della superficie terrestre al mattino catturate dal satellite Landsat 5, mentre la mappa inferiore rivela le temperature dell’aria registrate nello stesso sito durante l’anno da elefanti dotati di sensori. È evidente una concentrazione di punti dati lungo il fiume Myamvubu.
I ricercatori stanno sfruttando enormi quantità di dati raccolti da sensori montati su animali per integrare le osservazioni satellitari, espandere le misurazioni meteorologiche e comprendere meglio l’ecologia della fauna selvatica in un clima in cambiamento.
Progettare sistemi di osservazione della Terra è un esercizio di compromessi. Un satellite può essere bravo a raccogliere dati con una risoluzione spaziale fine, con un’elevata frequenza temporale o su un’ampia gamma di lunghezze d’onda, ma non tutti e tre contemporaneamente. I sistemi basati a terra, come le stazioni meteorologiche, possono raccogliere una varietà di dati frequentemente, ma campionano solo una posizione e la loro distribuzione è disomogenea sul pianeta.
Regno animale: una risorsa per le osservazioni della Terra
C’è un altro veicolo per raccogliere osservazioni della Terra, uno che può colmare le lacune nei dati meteorologici e climatici: il regno animale. Nel corso di diversi decenni, decine di migliaia di creature – da cicogne e caribù a elefanti e foche elefante – sono state etichettate con sensori per raccogliere dati sui loro habitat. Questi includono luoghi troppo bui, nuvolosi, ghiacciati o boscosi perché i satelliti possano vedere, o troppo accidentati, remoti o inospitali per gli esseri umani da raggiungere.
Integrazione dei dati degli animali nel monitoraggio del clima
Sempre più spesso, gli scienziati si rendono conto del potere delle osservazioni degli animali per migliorare il monitoraggio del clima e rivelare i processi terrestri in modo più dettagliato. “Gli animali sono una componente integrante dell’osservazione della Terra”, ha affermato l’ecologo Diego Ellis Soto, studente di dottorato alla Yale University e borsista FINESST (Future Investigators in NASA Earth and Space Science and Technology) della NASA. In un recente articolo su Nature Climate Change, Ellis Soto e colleghi espongono il loro caso e una visione per rendere i dati di tracciamento degli animali parte del kit standard per studiare il nostro pianeta.
Per iniziare, considera come solo una specie in una parte del mondo possa raccogliere dati con una copertura spaziale e temporale unica. Le mappe sopra confrontano l’acquisizione di dati sulla temperatura da satellite e da sensori montati su elefanti in una parte del Parco Nazionale Kruger in Sudafrica. La mappa della temperatura della superficie terrestre (in alto) mostra una media annuale delle temperature mattutine raccolte dal satellite Landsat 5. L’altra mappa (in basso) mostra le temperature dell’aria dalla stessa posizione e anno, registrate più volte al giorno da elefanti dotati di sensori. Un gruppo di punti dati appare lungo il fiume Myamvubu.
Qui, i dati satellitari coprono l’intera area ma sono limitati dalla risoluzione spaziale, dal tempo di rivisitazione (16 giorni nel caso di Landsat 5) e da altri fattori come la copertura nuvolosa. Inoltre, le stazioni meteorologiche a terra hanno raccolto dati ad alta frequenza temporale ma da punti statici lontani dalle posizioni degli elefanti. I sensori montati sugli elefanti hanno registrato dati ad alta frequenza ma hanno campionato territori diversi lungo i viaggi degli animali. La mappa sottostante mostra i modelli e l’estensione del movimento degli elefanti attraverso il Parco Nazionale Kruger per un anno.
Animali come sensori ambientali
Più che fungere da stazioni meteorologiche ambulanti, gli animali e i loro modelli di movimento possono dire agli scienziati come la fauna selvatica interagisce con l’ambiente e come le condizioni influenzano il comportamento. In uno studio del 2019, i ricercatori hanno analizzato i dati degli elefanti per capire quando gli animali visitavano le fonti d’acqua, il che dice qualcosa sulle loro strategie per gestire lo stress termico.
“Questi animali sono sensori estremamente prevenuti, e questo pregiudizio si chiama ecologia e comportamento degli animali”, ha detto Ellis Soto.
I pregiudizi degli animali su dove e quando campionano determinate aree possono essere una caratteristica piuttosto che un difetto. Ad esempio, potrebbero rivelare come gli animali rispondono a temperature estreme, che è di particolare interesse quando si tratta di specie rare o minacciate in un clima in cambiamento.
Avanzamenti nel tracciamento degli animali e intuizioni ecologiche
Questo pregiudizio di campionamento può anche riempire i dettagli sull’ambiente che i satelliti non possono risolvere. ”Possiamo usare il movimento degli animali per dirci di altri processi terrestri in corso”, ha detto Keith Gaddis, responsabile del programma per il programma di conservazione ecologica della NASA. La NASA è nel gioco del tracciamento degli animali da decenni, ha notato, citando il ruolo dell’agenzia nello sviluppo della tecnologia di tracciamento con collare radio e satellitare. (È passato molto tempo da quando è stato tracciato Monique the Space Elk con il satellite meteorologico Nimbus III nel 1970.)
I satelliti possono utilizzare misurazioni come l’NDVI, una misura della verdezza della vegetazione, per vedere quando le piante si sviluppano, ma non possono rilevare altri cambiamenti stagionali come l’emergere dei baccelli dei semi. La fauna selvatica che foraggia per i semi, tuttavia, potrebbe riempire queste informazioni stagionali e dire agli scienziati sulla risposta di un ecosistema al cambiamento climatico, ha detto Gaddis. Allo stesso modo, le creature che vivono in ambienti innevati potrebbero offrire dettagli sulla copertura e il momento dello scioglimento della neve attraverso i loro modelli di movimento.
“La nostra comprensione della storia naturale degli animali ci aiuterà a selezionare quale sensore animale useremmo [per fare questi tipi di misurazioni]”, ha detto Ellis Soto. Nel suo recente articolo, ha confrontato i modelli di movimento degli animali con diversi sistemi satellitari. L’albatro errante copre grandi aree, ma raramente – simile a Landsat. Al contrario, la cicogna bianca è un foraggiatore di luogo centrale, il che significa che ritorna in determinate aree frequentemente durante la stagione riproduttiva. Il modello è analogo a un satellite geostazionario come GOES.
Importante, Ellis Soto non sostiene il tracciamento degli animali solo a scopo di monitoraggio del clima, ma piuttosto lo vede come uno scenario vantaggioso che richiede anche il bilanciamento delle considerazioni etiche. L’impresa aggiunge valore agli sforzi di conservazione della biodiversità in corso, e vede le informazioni aggiuntive sull’ambiente come un “enorme sottoprodotto” della nostra tecnologia attuale.
Il mondo marino ha apprezzato il valore degli osservatori animali per un po’ di tempo. Le “osservazioni” degli squali tigre hanno integrato i dati di telerilevamento e le indagini dei subacquei nella mappatura del più grande ecosistema di erba marina del mondo. E le foche elefante etichettate che nuotano nelle acque ghiacciate dell’Antartide hanno aiutato a rivelare come il calore si muove attraverso le profondità oceaniche. I flussi di dati forniti dagli animali marini si sono dimostrati abbastanza preziosi e robusti da essere integrati nel Sistema di osservazione globale degli oceani guidato dall’UNESCO per il monitoraggio a lungo termine.
Future direzioni nell’integrazione dei dati rilevati dagli animali
Il compito ora è compilare, standardizzare e fornire l’accesso al canone completo delle informazioni rilevate dagli animali. È in corso un movimento per creare un insieme di variabili essenziali per la biodiversità (EBV), sulla falsariga delle variabili climatiche essenziali (ECV) esistenti. Gli ECV sono set di dati che contribuiscono alla caratterizzazione del clima della Terra e includono variabili come l’ozono, il ghiaccio marino, la biomassa sopra il suolo, l’umidità del suolo e il colore dell’oceano. “Il sogno è che abbiamo questi [prodotti biologici] che sono sistematicamente generati nello stesso modo in cui facciamo per le variabili climatiche”, ha detto Gaddis.
Ellis Soto e colleghi credono anche che i pezzi siano in atto affinché i dati dei sensori degli animali terrestri e aerei diventino standard nel monitoraggio del sistema terrestre e del clima. Decine di migliaia di animali sono già tracciati, e i dati, la tecnologia di tracciamento e gli strumenti analitici sono tutti diventati più sofisticati. Quello che resta è più prova del concetto – più esempi come i piccioni che migliorano le previsioni sulla qualità dell’aria – che i modelli meteorologici e climatici sono migliori con i dati degli animali che senza. Secondo Ellis Soto: “Siamo nell’era della fusione delle fonti di dati”.