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Matematica

Clima e antrace: rischi per i pastori siberiani studiati con un modello matematico

By ScientifiCult 10 Ottobre 2020

Studio di un team italiano pubblicato su Scientific Reports

CLIMA E ANTRACE: RISCHI PER I PASTORI SIBERIANI

STUDIATI CON UN MODELLO MATEMATICO

Estati sempre più miti: lo scongelamento del permafrost rilascia spore del batterio letale.

Tra le misure possibili l’adattamento dei tempi della stagione del pascolo

clima antrace Siberia cambiamento climatico pastori pastorizia — La steppa russa nell’oblast d’Orenburg. Foto di Ghilarovus, CC BY-SA 4.0

VENEZIA – Il cambiamento climatico può favorire direttamente epidemie letali per gli animali e per l’uomo. Un caso emblematico è il crescente rischio di diffusione di antrace in Siberia a causa dello scongelamento del permafrost durante la stagione estiva.

Scienziati dell’Università Ca’ Foscari Venezia, dell’Istituto di scienze polari del Consiglio nazionale delle ricerche e del Politecnico di Milano hanno studiato il primo modello matematico sulla diffusione del batterio dell’antrace nelle zone artiche, pubblicando i risultati oggi sulla prestigiosa rivista scientifica Scientific Reports. Hanno scoperto che il rischio è legato più alla durata della stagione ‘calda’ rispetto alla profondità di scongelamento del terreno.

L’ultima grave epidemia di antrace in Siberia è stata registrata nel 2016, nella penisola del Taymyr, la propaggine più settentrionale dei continenti euroasiatici. Morirono un dodicenne e oltre 2.300 renne.

Le spore del batterio, che si diffondono nel suolo a partire dalle carcasse degli animali che muoiono per l’infezione, sopravvivono per decenni nel permafrost congelato. Quando le temperature salgono e la morsa del gelo si allenta, le spore tornano a diffondersi nel suolo e ad infettare gli erbivori al pascolo. Sono proprio gli animali a infettare poi le popolazioni indigene, che nella pastorizia hanno una tra le principali fonti di sostentamento.

“E’ come se il permafrost fosse un grande serbatoio che viene aperto dalle temperature sempre più miti – spiega Enrico Bertuzzo, professore all’Università Ca’ Foscari Venezia e autore corrispondente dello studio -. Abbiamo analizzato con un modello i possibili percorsi del batterio proprio considerando l’ambiente e il ruolo della pastorizia”.

Gli scienziati hanno utilizzato i dati temporali di profondità di scongelamento dello strato attivo sopra il permafrost, da correlare al rischio di trasmissione. Il modello distingue spore che vengono rilasciate dai nuovi casi infetti e spore che possono essere riattivate in seguito ai processi che si sviluppano dallo scongelamento del suolo.

“Gli animali sono maggiormente esposti durante il pascolo estivo, quando si ha maggior scongelamento dello strato attivo sopra il permafrost, e degli strati più superficiali di permafrost – aggiunge Elisa Stella, ricercatrice del Cnr e prima autrice dell’articolo – dal nostro studio è emerso che il rischio di trasmissione è probabilmente legato maggiormente alla durata del periodo di scongelamento rispetto alla profondità di scongelamento”.

La ricerca offre un nuovo strumento per lo studio del fenomeno, ma sono molti gli interrogativi a cui rispondere per mitigare il rischio a cui sono esposti gli abitanti della regione siberiana. Non è disponibile, tra l’altro, una mappa delle sepolture degli animali infetti. Questo espone a rischio di attraversare aree contaminate.

Una misura suggerita dai ricercatori italiani è di anticipare o posticipare il pascolo stagionale, evitando il periodo più caldo e riducendo la permanenza del bestiame nelle aree a rischio.

L’articolo

Permafrost dynamics and the risk of anthrax transmission: a modelling study

Scientific Reports

Link alla ricerca: www.nature.com/articles/s41598-020-72440-6

Testo dall’Università Ca’ Foscari Venezia sull’antrace in Siberia in conseguenza dello scongelamento del permafrost per il cambiamento del clima.

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Biologia

Dinamiche evolutive e biodiversità: nuove scoperte dal lago di Ocrida, il più antico d’Europa

By ScientifiCult 1 Ottobre 2020

Dinamiche evolutive e biodiversità: nuove scoperte dal lago più antico d’Europa

Un nuovo studio internazionale, a cui hanno preso parte ricercatrici del Dipartimento di Biologia ambientale della Sapienza, ha evidenziato come i cambiamenti climatici in corso costituiscano un pericolo anche per un ecosistema antico e resiliente come quello del lago di Ocrida, serbatoio di biodiversità per il nostro continente. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Science Advances

Lago di Ocrida biodiversità Europa — Il lago di Ocrida, formatosi 1,4 milioni di anni, al confine tra l’Albania e la Macedonia del Nord (Photo credit: Thomas Wilke)

Un gruppo di ricerca internazionale guidato da Thomas Wilke dell’Università Justus Liebig di Giessen (Germania) a cui hanno partecipato Laura Sadori e Alessia Masi del Dipartimento di Biologia ambientale della Sapienza Università di Roma, ha gettato nuova luce sull’evoluzione biologica utilizzando il record sedimentario profondo del lago di Ocrida (al confine tra l’Albania e la Macedonia del Nord) il quale, con una storia lunga 1,4 milioni di anni e oltre 300 specie endemiche, non è solo il lago più antico d’Europa, ma anche uno dei più ricchi di biodiversità. I risultati del lavoro sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances

Per studiare le dinamiche evolutive del lago a partire dalla sua formazione, i ricercatori hanno confrontato dati ambientali e climatici con i reperti fossili di oltre 150 specie endemiche di diatomee (alghe unicellulari spesso presenti in depositi lacustri) ritrovate lungo la sequenza sedimentaria lunga 568 metri.

“I dati – spiega Alessia Masi della Sapienza – hanno mostrato che poco dopo la formazione del lago, e nel giro di poche migliaia di anni, sono avvenuti i primi eventi evolutivi che hanno portato velocemente alla formazione di nuove specie. Molte di queste specie hanno avuto vita breve, perché si estinsero altrettanto rapidamente, quando il lago era ancora relativamente piccolo e poco profondo”.

Lo studio evidenzia infatti come laghi “nuovi” e di piccole dimensioni offrono grandi opportunità di speciazione. D’altra parte, però, questi ecosistemi sono anche particolarmente sensibili ai cambiamenti ambientali quali le fluttuazioni di temperatura, le variazioni edafiche e di livello lacustre.

Con l’aumento della superficie e della profondità del lago i processi di speciazione ed estinzione hanno subito un drastico rallentamento. Ciò è imputabile alla riduzione del numero di nuovi habitat, all’elevato numero di specie, prossimo alla massima capacità dell’ambiente e delle sue risorse, nonché alla crescente capacità del lago nel mitigare il microclima.

“La novità di questo lavoro – conclude Laura Sadori della Sapienza – sta nel fatto che la storia ecosistemica del Lago di Ocrida, raccontata da un insieme di specie “effimere”, cioè evolutivamente di breve durata ma sviluppate in una comunità stabile di specie longeve, sia in realtà ricca di elementi utili alla comprensione delle dinamiche evolutive biologiche. Per tale ragione i risultati del lavoro potranno avere un forte grande impatto anche per le future ricerche sulla biodiversità”.

Piattaforma di perforazione utilizzata per recuperare la sequenza di sedimenti studiata nel lavoro (Photo credit: Thomas Wilke)

Riferimenti:

Wilke T., Hauffe T., Jovanovska E., Cvetkoska A., Donders T., Ekschmitt K., Francke A., Lacey J.H., Levkov Z., Marshall C.R., Neubauer T.A., Silvestro D., Stelbrink B., Vogel H., Albrecht Ch., Holtvoeth J., Krastel S., Leicher N., Leng M.J., Lindhorst K., Masi A., Ognjanova-Rumenova N., Panagiotopoulos K., Reed J.M., Sadori L., Tofilovska S., Van Bocxlaer B., Wagner-Cremer F., Wesselingh F.P., Wolters V., Zanchetta G. , Zhang X., Wagner B., 2020. Deep drilling reveals massive shifts in evolutionary dynamics after formation of ancient ecosystem. Science Advances, 6, eabb2943. doi.org/10.1126/sciadv.abb2943

Testo e immagini dall’Ufficio Stampa Sapienza Università di Roma sul lago più antico d’Europa, il lago di Ocrida, serbatoio di biodiversità.

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Biologia

28 salvi tutti! Così le politiche di conservazione hanno evitato l’estinzione di molti mammiferi e uccelli a rischio

By ScientifiCult 10 Settembre 2020

28 salvi tutti! Così le politiche di conservazione hanno evitato l’estinzione di molti mammiferi e uccelli a rischio

Un nuovo studio internazionale, a cui ha preso parte la Sapienza, ha valutato l’impatto dei programmi di conservazione dal 1993 a oggi. I risultati del lavoro, pubblicati su Conservation Letters, hanno mostrato che sono state sottratte all’estinzione globale almeno 28 specie di uccelli e mammiferi, fra cui il pony della Mongolia, la lince pardina, l’amazzone di Portorico e il cavaliere nero

Il pony della Mongolia o cavallo di Przewalski, una delle 28 specie tra mammiferi e uccelli a rischio per le quali le politiche di conservazione stanno evitando l’estinzione. Foto di Henryhartley, CC BY-SA 3.0

La vita sulla Terra è il risultato di complessi equilibri dinamici che permettono i processi evolutivi e l’incredibile diversità biologica del pianeta. Le comunità biologiche però sono sempre più sottoposte a processi di deterioramento e impoverimento, principalmente dovuti all’azione dell’uomo, con effetti su scala globale e locale.

Numerosi studi hanno confermato che la maggior parte delle estinzioni di specie autoctone avvenute negli ultimi decenni è imputabile alle attività antropiche, tra le quali lo sviluppo di infrastrutture di comunicazione, l’espansione di produzioni industriali e agricole intensive e, più in generale, allo sfruttamento delle risorse non rinnovabili.

È su questi fattori che agiscono in tutto mondo le politiche e i programmi di conservazione per ristabilire una relazione di coevoluzione tra i sistemi naturali e quelli umani. Ma qual è realmente il loro impatto sulla tutela della biodiversità?

Oggi un nuovo studio internazionale coordinato dall’Università di Newcastle (Regno Unito) con la partecipazione di un team di 137 esperti da tutto il mondo, tra i quali Carlo Rondinini del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, ha identificato i programmi di protezione che più si sono dimostrati capaci di prevenire le estinzioni fra le specie di uccelli e animali a maggiore rischio di estinzione secondo la Red List della International Union for Conservation of Nature (IUCN). I risultati del lavoro, pubblicati sulla rivista Conservation Letters, hanno mostrato che dal 1993 a oggi sono state salvate dall’estinzione globale almeno 28 specie di uccelli e mammiferi, fra queste il pony della Mongolia (cavallo di Przewalski Equus ferus), la lince pardina (lince iberica Lynx pardinus), l’amazzone di Portorico (Amazona vittata) e il cavaliere nero (Himantopus novaezelandia).

Carlo Rondinini, che dirige il Global Mammal Assessment – un’iniziativa in partnership tra Sapienza e IUCN – ha coordinato l’analisi dei dati relativi ai mammiferi. “Senza programmi di conservazione – spiega Rondinini – a oggi il tasso di estinzione delle specie analizzate sarebbe stato dalle 3 alle 4 volte superiore a quello osservato: grazie a tali azioni, tra le numerose specie di mammiferi a rischio, quattordici di queste hanno beneficiato di interventi di carattere legislativo, come restrizioni sul commercio, e nove sono state soggette a interventi di reintroduzione e conservazione ex-situ in giardini zoologici. Si pensi al pony della Mongolia, estinto in natura negli anni ‘60 del secolo scorso. Nel 1990 sono iniziati gli interventi di reintroduzione, e nel 1996 il primo individuo è nato in ambiente selvatico. Ora oltre 760 cavalli di Przewalski vivono liberi nelle steppe della Mongolia”.

Per quanto riguarda gli uccelli, lo studio ha evidenziato che ventuno specie hanno beneficiato del controllo delle specie invasive, 20 della conservazione ex-situ e 19 della circoscrizione di aree protette. Uno dei volatili valutati dal team è l’amazzone di Portorico, un piccolo pappagallo endemico dell’isola di Portorico. La sua popolazione, un tempo abbondante, ha raggiunto la dimensione minima nel 1975, quando solo 13 individui erano sopravvissuti in ambiente selvatico. Dal 2006 sono stati prodotti ingenti sforzi per reintrodurre la specie in un secondo sito, nella Riserva Statale del Rio Abajo, unico areale oggi popolato.

Purtroppo per alcune delle specie incluse nello studio, come la focena (o vaquita) del Golfo di California, sebbene le azioni di conservazione abbiano determinato un rallentamento del declino, potrebbe essere impossibile prevenire l’estinzione in natura.

“La crisi della biodiversità è di ampiezza tale che non possiamo permetterci altri fallimenti. Comprendere quali azioni di conservazione abbiano più speranza di successo nei diversi scenari è fondamentale per pianificare il futuro della biodiversità e del pianeta – afferma Carlo Rondinini. “In ogni caso, investire per evitare l’estinzione delle specie più a rischio è importante, ma queste specie sono solo la punta dell’iceberg. La maggior parte delle specie è in drammatico declino e molte rischieranno l’estinzione nei prossimi decenni. Per invertire la tendenza e supportare la diversità della vita sul nostro pianeta è necessario ridurre l’impatto quotidiano e pervasivo dei nostri sistemi di produzione e consumo di cibo ed energia, adottando stili di vita realmente sostenibili”.

Riferimenti

Bolam, F.C, Mair, L., Angelico, M., Brooks, T.M, Burgman, M., McGowan, P. J. K & Hermes, C. et al. (2020). How many bird and mammal extinctions has recent conservation action prevented? Conservation Letters, e12762. doi: https://doi.org/10.1101/2020.02.11.943902

Testo dall’Ufficio Stampa Sapienza Università di Roma sulle 28 specie tra mammiferi e uccelli a rischio per le quali le politiche di conservazione stanno evitando l’estinzione.

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Biologia

Ibridazione lupo-cane in Europa: un rischio per la biodiversità

By ScientifiCult 15 Giugno 2020

Ibridazione lupo-cane in Europa: un rischio per la biodiversità

Un nuovo studio internazionale richiama l’attenzione dei paesi europei sul rischio di perdita dell’identità genetica delle popolazioni di lupo per effetto dell’ibridazione con il cane e promuove l’adozione di misure adeguate per la corretta gestione del fenomeno. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Biological Conservation

Il cane è un animale domestico associato all’uomo ma in condizioni ecologiche degradate può accoppiarsi con il lupo e produrre ibridi fertili. Questo fenomeno, se diffuso e con frequenza elevata, potrebbe portare alla perdita dell’identità genetica delle popolazioni di lupo, rischiando di condizionare l’ecologia, l’aspetto esteriore e il comportamento della specie, nonché i valori socioculturali e di conservazione a essa associati.

Grazie agli sforzi di conservazione che si sono susseguiti negli ultimi decenni, come la protezione legale e la tutela degli habitat naturali, il lupo ha spontaneamente ricolonizzato molte aree in Europa da cui era scomparso all’inizio del secolo scorso. Tale espansione però sta portando il lupo a stabilirsi in aree rurali in cui le probabilità d’interazione con i cani sono più elevate. Allo stesso tempo, il bracconaggio e il controllo numerico delle popolazioni di lupo, nei paesi dove consentito, possono portare alla dissoluzione sociale dei branchi, aumentando la probabilità di accoppiamenti misti.

La ricerca, guidata da Valeria Salvatori dell’Istituto di Ecologia applicata di Roma e supervisionata da Paolo Ciucci del Dipartimento di Biologia e biotecnologie della Sapienza, ha coinvolto anche diversi esperti internazionali che hanno documentato, nei paesi di propria competenza, l’eventuale presenza di ibridi e le risposte gestionali attuate. Lo studio, pubblicato sulla rivista Biological Conservation, ha evidenziato che ibridi tra lupo e cane sono presenti in tutte le popolazioni lupine d’Europa e che molti paesi, compresa l’Italia, non stanno intervenendo per monitorare né contrastare il fenomeno, come invece prescritto da trattati legalmente vincolanti a livello internazionale, come la Direttiva Habitats e la Convenzione di Berna.

Nella maggior parte dei paesi presi in esame, gli ibridi rappresentano ancora una piccola porzione della popolazione di lupo e ciò rende possibile programmare e realizzare interventi efficaci di prevenzione e controllo. Ciò che la ricerca ha però messo in luce è la mancanza di protocolli o standard operativi di riferimento a livello internazionale, che sono invece necessari per indirizzare gli interventi.

Dallo studio sono emersi ulteriori aspetti che destano preoccupazione negli esperti. In primo luogo, la mancanza di un monitoraggio sistematico dell’ibridazione in molti paesi europei, Italia inclusa, rende difficile la rilevazione dei casi e gli eventuali interventi per evitarne la diffusione su ampia scala.

In secondo luogo, la mancanza di tecniche di analisi confrontabili tra laboratori per identificare geneticamente gli ibridi fa sì che, ad oggi, lo stesso individuo potrebbe essere riconosciuto come ibrido o come lupo a seconda del laboratorio in cui vengono svolte le analisi sui campioni biologici. Questa eterogeneità non facilita un’adeguata analisi e mitigazione del fenomeno, sia a livello nazionale che comunitario.

“Gli ibridi tra lupo e cane – spiega Paolo Ciucci – sono fertili e a loro volta possono reincrociarsi con i lupi, diffondendo, con il progredire delle generazioni di reincrocio, varianti genetiche tipiche del cane all’interno del genoma lupino. Questo pone la questione di come stabilire una soglia oltre la quale gli ibridi non sono più da considerare come tali. In questi termini, non esiste ad oggi una definizione di ibrido che sia stata accettata a livello internazionale ed è questa la cosa più urgente da cui partire per poter dare risposte concrete sul fronte gestionale”.

In conclusione, gli autori della ricerca suggeriscono di includere nei trattati internazionali indicazioni più chiare sulla gestione degli ibridi e dei cani vaganti, evidenziando che gli ibridi tra lupo e cane vanno comunque protetti per legge e la loro gestione affidata alle sole autorità competenti: il fine è di evitare che avvengano casi di bracconaggio sul lupo, camuffati da interventi gestionali sulla base dell’incerta identificazione di individui ritenuti ibridi.

Riferimenti:

European agreements for nature conservation need to explicitly address wolf-dog hybridization – Valeria Salvatori, Valerio Donfrancesco, Arie Trouwborst, Luigi Boitani, John D.C.Linnell, Francisco Alvares, Mikael Åkesson, Vaidas Balysh, Juan Carlos Blanco, Silviu Chiriac, Dusko Cirovic, Claudio Groff, Murielle Guinot Ghestem, Djuro Huber, Ilpo Kojola, Josip Kusak, Miroslav Kutal, Yorgos Iliopulos…Paolo Ciucci – Biological Conservation (2020) https://doi.org/10.1016/j.biocon.2020.108525

Testo e immagine dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Biologia

Il cammino dei mammiferi: a rischio la sopravvivenza di molte specie

By ScientifiCult 5 Giugno 2020

Un nuovo studio del Dipartimento di Biologia e Biotecnologie Charles Darwin della Sapienza ha valutato l’impatto delle attività umane sull’estinzione locale dei mammiferi negli ultimi 50 anni. Solo poche specie sono riuscite a trarre vantaggio dalla convivenza con l’uomo colonizzando nuove aree. Il lavoro è pubblicato su Nature Communications

mammiferi estinzione — Rinoceronte bianco, una delle specie il cui areale di distribuzione ha subito gli impatti maggiori dovuti alle attività antropiche.

L’impatto delle attività umane sull’ambiente, che ha avuto un notevole incremento a partire dagli anni ‘70 del secolo scorso con la terza rivoluzione industriale, sta alterando sensibilmente i processi ecologici alla base della vita sulla Terra.

Uno degli effetti principali dell’intensificarsi delle attività antropiche è la progressiva scomparsa di alcune specie autoctone, con risvolti drammatici sugli equilibri ecosistemici a esse associati. I mammiferi, in particolare, sono stati oggetto di importanti diminuzioni, con il 25% delle specie viventi ritenuto oggi a rischio di estinzione.

In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature Communications, il team di ricercatori coordinato da Michela Pacifici del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin ha confrontato le distribuzioni di un campione rappresentativo di mammiferi terrestri negli anni ‘70 e oggi, riscontrando che circa il 75% di queste ha subito cambiamenti.

I ricercatori hanno inoltre individuato i fattori associati al declino e all’espansione dell’areale, ovvero della superfice normalmente abitata da una specie, includendo tra queste variabili sia quelle di natura antropica sia quelle legate alla biologia delle specie, come il peso e le strategie riproduttive.

“Abbiamo scoperto – spiega Michela Pacifici – che una specie su cinque ha subito contrazioni dell’areale di oltre il 50%. I principali responsabili sembrano essere l’incremento della temperatura globale, la perdita di aree naturali e l’aumento della densità umana, fattori che influiscono soprattutto su specie di grandi dimensioni come il rinoceronte bianco, l’elefante asiatico e l’antilope Addax”.

Comprendere quali variabili siano implicate nel declino dei mammiferi è fondamentale per focalizzare le azioni di conservazione necessarie, specialmente in considerazione delle molteplici minacce alle quali i mammiferi sono soggetti, incluso il cambiamento climatico.

“Studi precedenti – commenta Carlo Rondinini, coautore dello studio e coordinatore del Global Mammal Assessment, una partnership tra Sapienza e l’Unione internazionale per la conservazione della natura (Iucn) – evidenziano che le uniche specie in grado di spostarsi abbastanza velocemente per seguire il clima che cambia sono i grandi mammiferi. Da questo studio si evidenzia che proprio i grandi mammiferi hanno maggiormente sofferto l’azione diretta dell’uomo. Resta quindi fondamentale, per evitare la scomparsa dei grandi mammiferi, mettere in atto tutte le misure per consentire il loro spostamento naturale alla ricerca di ambienti adatti”.

Per quanto riguarda l’espansione di areale, i risultati dello studio evidenziano che le specie che ne hanno beneficiato sono in numero inferiore e che le variabili determinanti sono maggiormente legate alle caratteristiche intrinseche, favorendo le specie con tassi riproduttivi veloci, dieta generalista e massa corporea inferiore.

“Questo studio – aggiunge Moreno Di Marco, autore senior dello studio – dimostra ancora una volta che ci sono molte specie di mammiferi che declinano rapidamente in seguito alla pressione antropica, mentre poche specie riescono, per le loro caratteristiche biologiche, ad adattarsi ed eventualmente approfittare del cambiamento globale”.

“I nostri dati – conclude Pacifici – dimostrano che una percentuale elevata di mammiferi, tra cui molte specie carismatiche, sta scomparendo da zone in cui questi erano presenti fino a meno di 50 anni fa. Questo risultato allarmante evidenzia come sia di fondamentale importanza comprendere quali siano i fattori di rischio che hanno portato le specie a estinguersi localmente, in modo tale da agire in maniera proattiva e ridurre il rischio di ulteriori perdite”.

Riferimenti:

Global correlates of range contractions and expansions in terrestrial mammals – Michela Pacifici, Carlo Rondinini, Jonathan R. Rhodes, Andrew A. Burbidge, Andrea Cristiano, James E. M. Watson, John C. Z. Woinarski & Moreno Di Marco – Nature Communications volume 11, Article number: 2840 (2020) https://doi.org/10.1038/s41467-020-16684-w

https://www.nature.com/articles/s41467-020-16684-w

Testo e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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