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Intelligenza Artificiale ed ecosistema marino

Intelligenza Artificiale ed ecosistema marino

L’utilizzo dell’intelligenza artificiale promette soluzioni innovative ai problemi che affliggono la vulnerabilità del nostro ecosistema marino e sta dimostrando di avere un impatto significativo nella tutela dell’ambiente.

L’IA permette l’analisi e la comparazione di grandi quantità di dati e immagini con elevatissima velocità di elaborazione e questa sua capacità consente di trovare soluzioni specifiche per accrescere la sostenibilità ambientale, proteggere la biodiversità, migliorare lo stato di salute del mare e  può essere di grande aiuto per condurci in futuro verso una conoscenza profonda degli ecosistemi marini.

Pesci Salpa

Comprendere il comportamento delle comunità planctoniche, fondamentali per il mantenimento degli equilibri ecologici in un mare soggetto a cambiamenti significativi, ci aiuterà a capire come funziona la Natura.

Oggi la capacità di contribuire al monitoraggio e alla protezione della biodiversità rappresenta uno degli aspetti più promettenti dell’IA, insieme alla capacità di contribuire alla riduzione delle emissioni di gas serra, con l’ottimizzazione dell’efficienza energetica. L’IA avrà perciò un ruolo fondamentale nella lotta contro il cambiamento climatico.

l’Agenzia Europea dell’Ambiente (EEA) ha recentemente evidenziato (“How climate impacts marine life”) come il  cambiamento climatico influenza gli ecosistemi marini attraverso un  triplice impatto determinato dal riscaldamento delle acque, dalla acidificazione e dalla diminuzione dei livelli di ossigeno, rendendo la biodiversità marina più vulnerabile e riducendo la resilienza degli ecosistemi.

Alla perdita di biodiversità e al degrado delle funzioni e delle strutture dell’ecosistema, si aggiungono effetti a cascata sui servizi ecosistemici.

Si registra infatti una riduzione del pescato perché il cambiamento climatico erode in modo significativo la capacità del mare di fornire pesce. Il riscaldamento delle acque influisce indirettamente sui pesci, riducendo l’apporto di nutrienti dalle acque più profonde e modificando le dimensioni del fitoplancton.

Fitoplancton Diatomea

Uno studio recente di Fondazione CIMA- Centro Internazionale in Monitoraggio Ambientale, Università di Trento e CNR, dimostra come, negli ultimi anni, il bloom o “fioritura” del fitoplancton sia sempre meno intenso. Lo studio, basato sull’integrazione dei dati riguardanti il bloom del fitoplancton nel Mediterraneo con i dati meteorologici e oceanografici, nell’arco di 24 anni, indica un forte calo delle fioriture a causa dell’aumento delle temperature invernali di questi ultimi anni, dovuto al cambiamento climatico.

L’IA può essere d’aiuto per definire come il cambiamento climatico modifica le comunità planctoniche e la loro biodiversità.

Siamo però ancora lontani dal conoscere la stessa dimensione della biodiversità marina, cioè il numero e l’abbondanza di animali, vegetali e microrganismi che popolano gli ecosistemi marini.  E non possiamo gestire bene ciò che non conosciamo!

L’Intelligenza Artificiale può aiutarci a studiare e quantificare la biodiversità, per conoscere quante specie ci sono in un determinato momento e in una determinata area e identificare una perdita di biodiversità nel tempo. Studiare la biodiversità di un'area è un'operazione molto impegnativa che richiede tempo, risorse economiche e lavoro sul campo.

Oggi si ricorre all’utilizzo del DNA ambientale, noto come eDNA, con tecnologie di IA per il sequenziamento che consentono di ottenere risultati che con i precedenti metodi di sequenziamento avrebbero richiesto anni.

In pratica, partendo da un campione ambientale che contiene numerosi frammenti di DNA di diverse specie, è possibile studiarli simultaneamente per avere un vero e proprio elenco delle specie che hanno rilasciato nell’ambiente tali frammenti.

Tutti gli animali infatti possono rilasciare DNA nell’ambiente in cui vivono; la raccolta di un campione d’acqua di mare conterrà perciò materiale genetico, muco o cellule o residui di tessuti, rilasciato dagli organismi marini. Questi  frammenti di DNA possono permanere in acqua per alcune settimane. Sarà possibile da qui estrarre il DNA che sarà utilizzato per svolgere una serie di identificazioni, cercando il corrispettivo tra i DNA delle singole specie, contenuti in enormi data-set, cioè in banche  dati nelle quali le sequenze geniche o genomiche vengono raccolte, catalogate e messe a disposizione per le analisi  di ricerca.

Così uno studio dei ricercatori dell’Università di Milano-Bicocca ha identificato sequenze di DNA della foca monaca per poter trovare il corrispettivo all’interno di un miscuglio di altri DNA, in un campione di DNA ambientale prelevato dal mare, confermando la presenza della foca monaca. La ricerca ha fornito una mappa della distribuzione territoriale della foca monaca, individuando sei aree di grande interesse, tra cui Salento e Golfo di Taranto dove saranno concentrate le attività di monitoraggio per lo studio e la ricerca sulla specie, la conservazione dei siti e la sua tutela.

L’elenco di specie derivato dall'eDNA riflette dunque la comunità nel sito di campionamento e può essere utilizzato anche per ricostruire le reti alimentari presenti nel sito e studiare in che modo le variabili ambientali come la temperatura influenzino la loro composizione e stabilità.

L’utilizzo di strumenti di IA rappresenta un supporto essenziale per l’elaborazione delle grandi quantità di informazioni presenti nei data-set e, in combinazione col DNA Ambientale, eDNA e IA  ci aiuteranno a comprendere come i cambiamenti climatici influenzano la biodiversità dell’ambiente marino.


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