Proceedings of the Royal Society B Archivi

Biologia

Approccio CUSPRA, modello statistico per stimare la resilienza degli ecosistemi

By ScientifiCult 30 Maggio 2024

Studio dell’Università di Padova propone l’approccio CUSPRA, un nuovo modello statistico per stimare la resilienza degli ecosistemi ai cambiamenti irreversibili

Quanto può sopportare un ecosistema prima di cambiare in maniera irreversibile? Cosa si può fare – se si può fare – per prevenire o mitigare gli effetti delle attività antropiche?

L’impatto elevato e sinergico delle pressioni umane può portare gli ecosistemi a subire dei “cambiamenti di regime”, ossia delle variazioni drastiche, inaspettate e spesso irreversibili: per contrastare i cambiamenti climatici globali è quindi necessario favorire e quantificare la resilienza degli ecosistemi in modo da preservare gli importanti benefici che ci forniscono, capire e anticipare i cambiamenti per gestire le nostre risorse al meglio.

Lo studio dal titolo “Resilience assessment in complex natural systems” pubblicato sulla rivista «Proceedings of the Royal Society B» che vede come prima autrice Camilla Sguotti, ricercatrice del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova in collaborazione con il Joint Research Center dell’Unione Europea, l’Università di Patrasso (Grecia) e l’International Livestock Research Insitute (Kenya), propone l’approccio CUSPRA, un nuovo metodo statistico per stimare la resilienza degli ecosistemi in modo da anticipare eventuali cambiamenti di regime. Il modello è stato sviluppato estendendo lo “stochastic cusp model”, un modello matematico-statistico sviluppato partendo dalla teoria delle catastrofi del matematico Thom negli anni ‘70. L’approccio CUSPRA è in grado di identificare la presenza di un cambiamento di regime a causa di due pressioni sinergiche e di determinare quanto dista il sistema rispetto al cambiamento. Attraverso questo modello sarà dunque possibile quantificare la resilienza di un ecosistema calcolandola come la distanza da un cambiamento irreversibile.

«I cambiamenti di regime sono sempre più frequenti e stanno avvenendo in molti sistemi naturali: desertificazione, transizione di ecosistemi marini complessi come le barriere coralline, scioglimento dei ghiacci sono solo alcuni esempi. Il Global Tipping Point Report*, a cui ho contribuito, pubblicato nell’ambito della COP 28, ha mostrato che 25 sistemi della biosfera sono già andati incontro a queste dinamiche – afferma Camilla Sguotti, prima autrice dello studio –. Alcuni metodi statistici per stimare la resilienza e quindi anticipare possibili cambiamenti di regime esistono, ma sono difficilmente applicabili alle serie temporali degli ecosistemi reali che spesso sono brevi e molto variabili. Per questo abbiamo sviluppato l’approccio CUSPRA, che stima la resilienza degli ecosistemi a pressioni esterne».

Camilla Sguotti approccio CUSPRA — Camilla Sguotti, prima autrice dello studio che propone l’approccio CUSPRA, per stimare la resilienza degli ecosistemi

Questo nuovo metodo è innovativo per tre aspetti:

stima la resilienza in relazione all’effetto sinergico di due o più pressioni esterne,
determina la presenza di irreversibilità nelle dinamiche dei sistemi,
fornisce un indicatore semplice per la gestione dei cambiamenti.

Nello studio viene dimostrata l’applicazione del metodo a diversi sistemi marini come la popolazione del merluzzo nel Mare di Barents o la comunità di pesci del Mare del Nord e del Mar Mediterraneo.

CUSPRA rappresenta un significativo passo avanti nella stima della resilienza dei sistemi naturali a livello statistico, fondamentale per supportare la gestione sostenibile delle risorse ambientali.

Link alla ricerca: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2024.0089

Titolo: Resilience assessment in complex natural systems – «Proceedings of the Royal Society B» – 2024

Autori: Camilla Sguotti, Paraskevas Vasilakopoulos, Evangelos Tzanatos e Romain Frelat

*È un report compilato da più di 200 ricercatori di 90 organizzazioni in 26 nazioni, per identificare e stimare i rischi e le opportunità legati a tutti i tipping point (cambiamenti di regime) positivi e negativi che sono avvenuti sul nostro pianeta (nel clima, nella biosfera, negli oceani, sulla terra, ma anche cambiamenti di regime sociali). C’è una sezione su cambiamenti di regime del sistema terra, una sugli impatti, una sulla gestione e una sui cambiamenti positivi sociali, economici e tecnologici https://global-tipping-points.org.

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università di Padova

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Biologia

Anche i pinguini africani si riconoscono dal timbro della voce

By ScientifiCult 12 Ottobre 2023

ANCHE I PINGUINI AFRICANI SI RICONOSCONO DAL “TIMBRO DELLA VOCE”

Uno studio dell’Università di Torino sulla comunicazione acustica dei pinguini africani descrive i meccanismi e le strutture anatomiche coinvolte nella produzione dei segnali vocali, evidenziando convergenze evolutive con i mammiferi e l’uomo.

Mercoledì 11 ottobre – Sulla rivista scientifica Proceedings of the Royal Society B, è stato pubblicato un nuovo articolo sulla comunicazione vocale nei pinguini. L’articolo è frutto di una collaborazione tra due dipartimenti dell’Università di Torino (DBIOS e Scienze Veterinarie), l’Università Jean-Monnet (Francia), l’Università UWC (Sudafrica) e la Fondazione SANCCOB.

Utilizzando una combinazione di tecniche di diagnostica per immagini, modellistica computazionale e registrazioni in vivo, un gruppo di ricercatori guidato dal Prof. UniTo Livio Favaro e dalla Dott.ssa Anna Zanoli ha scoperto che i pinguini africani utilizzano le risonanze dei condotti vocali per codificare nei segnali acustici le informazioni che permettono loro di riconoscersi individualmente. Un meccanismo evolutivamente analogo a quello che utilizzano i mammiferi e l’uomo stesso, per riconoscersi dal timbro della voce.

Tra i pinguini, il pinguino africano (Spheniscus demersus) è una specie modello ideale per studiare come le risonanze del tratto vocale codificano informazioni biologicamente rilevanti. Infatti, questa specie è monogama, fortemente territoriale e, a causa delle pressioni selettive e allo stile di vita coloniale, è stato riscontrato che i richiami di contatto e i canti riproduttivi (ecstatic display songs) variano significativamente tra gli individui, permettendo loro di riconoscersi tra “vicini di nido” e membri di una coppia.

I pinguini africani (Spheniscus demersus) si riconoscono dal timbro della voce. Gallery

Le vocalizzazioni dei pinguini sono prodotte da uno specifico organo chiamato “siringe”, al cui interno, delle membrane vengono messe in vibrazione al passaggio dell’aria, generando un segnale periodico caratterizzato dalla frequenza fondamentale (corrispondente alla velocità di vibrazione delle membrane) e dalle relative componenti armoniche. Tale segnale passa poi nella trachea e nella bocca, dove viene modificato in base alle frequenze di risonanza (dette formanti) di queste cavità anatomiche.

Gli autori dello studio hanno registrato numerosi pinguini africani nell’aprile 2019 presso la Southern African Foundation for the Conservation of Coastal Birds (SANCCOB) di Città del Capo, in Sudafrica. Contestualmente, hanno studiato l’apparato vocale di altri individui adulti trovati morti lungo le coste della provincia sudafricana di Western Cape. In particolare, iniettando della gomma siliconica catalizzata, è stato ottenuto un calco preciso dell’intero apparato fonatorio. I calchi sono stati successivamente trasportati al Dipartimento di Scienze Veterinarie dell’Università di Torino, dove sono stati sottoposti a Tomografia Assiale Computerizzata (TAC). Infine, presso il DBIOS e utilizzando il centro di calcolo interdipartimentale c3s UniTo, sono stati costruiti modelli computazionali a partire dai risultati della TAC e dalle registrazioni degli animali in vivo.

I ricercatori hanno dimostrato che, nel pinguino africano, leggere variazioni della lunghezza e della sezione trasversale delle regioni tracheali e della cavità laringofaringea causano un ampio spostamento nelle formanti delle vocalizzazioni. Tali regioni possono quindi svolgere un ruolo cruciale nel determinare il pattern formantico delle vocalizzazioni e, di conseguenza, nel determinare l’identità vocale degli individui, analogamente a quanto avviene nelle cavità nasali e nella cavità orale dei mammiferi e dell’uomo stesso.

“I nostri risultati – suggerisce il Prof. Livio Favaro, biologo marino e coordinatore della ricerca sui pinguini africani presso l’Università di Torino – sottolineano come le frequenze di risonanza dei condotti vocali possano essere utilizzate per riconoscersi tra individui in numerosi altri vertebrati oltre all’uomo e ai mammiferi.”

“Le tecniche di diagnostica per immagini – continua il Prof. Alberto Valazza, co-autore dello studio e docente di clinica chirurgica veterinaria – possono contribuire enormemente alla caratterizzazione dell’apparato fonatorio degli uccelli, finora largamente inesplorato.”

Infine, i ricercatori hanno notato una mancanza di correlazione tra le frequenze di risonanza del condotto vocale e la dimensione dei pinguini.

“Per quanto ne sappiamo – aggiunge la Dott.ssa Anna Zanoli, etologa e prima autrice dello studio – la mancanza di correlazione tra frequenze formanti e dimensioni dello scheletro è stata riportata anche nei pinguini di Humboldt e di Magellano, il gabbiano reale e il re di quaglie.”

Nell’uomo, tale assenza di correlazione è frutto della discesa della laringe nel condotto vocale come prerequisito per lo sviluppo del linguaggio.

“I risultati del nostro studio – sottolinea il Prof. Marco Gamba, zoologo ed esperto in bioacustica comparata – forniscono ulteriori evidenze che in altri tetrapodi oltre all’uomo ci si possa aspettare una debole relazione tra le formanti e le dimensioni del corpo.”

“Questo è particolarmente evidente – continua il Prof. David Reby, docente di etologia presso l’Università Jean Monnet di Saint-Étienne – quando si esaminano individui dello stesso sesso e della stessa classe di età.”

Negli uccelli, questa condizione potrebbe essere ancestrale e diffusa al di là delle specie (es. cigni e gru) nelle quali è noto un allungamento “sproporzionato” della trachea rispetto alle dimensioni corporee.

“Le frequenze formanti e le dimensioni dello scheletro sono indipendenti nel pinguino africano – conclude la Prof.ssa Frine Scaglione, co-autrice e anatomo patologa veterinaria – perché lo scheletro non vincola anatomicamente la trachea.”

Lo studio della comunicazione vocale nel pinguino africano, infine, si auspica possa contribuire allo sviluppo di sistemi di monitoraggio acustico passivo delle colonie in natura. Questa specie, infatti, è fortemente minacciata di estinzione e la comunità scientifica internazionale è al lavoro per sviluppare sistemi di monitoraggio non invasivo, che possano contribuire alla sua gestione e conservazione.

Testi, video, audio e immagini dall’Area Relazioni Esterne e con i Media Università degli Studi di Torino

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Biologia

Coordinazione e regolarità ritmica tipicamente umane trovate in un altro primate

By ScientifiCult 11 Gennaio 2023

COORDINAZIONE E REGOLARITÀ RITMICA TIPICAMENTE UMANE TROVATE IN UN ALTRO PRIMATE

I ricercatori dell’Università di Torino, studiando canti di gibboni in natura e in cattività, hanno riscontrato somiglianze ritmiche con gli esseri umani e con altre specie di primati

Oggi, mercoledì 11 gennaio 2023, sulla prestigiosa rivista scientifica Proceedings of the Royal Society B è stato pubblicato l’articolo “Isochrony and rhythmic interaction in ape duetting”, coordinato dai ricercatori dell’Università di Torino, della King Mongkut’s University of Technology Thonburi di Bangkok e dell’Istituto Max Planck di Psicolinguistica di Nijmegen. Attraverso questa ricerca gli autori hanno studiato le vocalizzazioni dei gibboni dalle mani bianche, tra i più famosi primati che cantano duettando, registrate sia in alcuni parchi zoologici italiani, sia nelle foreste della Thailandia.

I ricercatori hanno osservato come questi canti posseggano delle regolarità ritmiche in parte simili a quelli della musica umana. Questa scoperta si inserisce in un progetto a lungo termine dell’Università di Torino e dell’Istituto Max Planck di Psicolinguistica sui tratti musicali condivisi da specie diverse. Questo filone di ricerca ha come obiettivo quello di far luce sulla biologia e l’evoluzione di ritmo e musica nella nostra specie.

Il team di ricerca internazionale, guidato dai ricercatori senior Marco Gamba (Università di Torino), Tommaso Savini (King Mongkut’s University) e Andrea Ravignani (Max Planck Institute), si è messo alla ricerca di abilità musicali nei primati.

“Da molto tempo cerchiamo di capire quali tratti della musicalità siano condivisi tra specie diverse – dichiara Andrea Ravignani – ma lo studio degli aspetti ritmici del canto dei primati è davvero agli albori. In questo studio abbiamo indagato il legame tra isocronia, quanto un ritmo individuale è regolare, e sincronia, quanto due individui si coordinano ritmicamente, in un animale non umano”.

Una parte del gruppo di ricerca si era già occupata dei canti di un altro primate cantante, il lemure Indri indri del Madagascar, ma i ricercatori volevano confrontare quei risultati con una specie di primate antropomorfo, come i gibboni. Inoltre, avevano come obiettivo quello di far luce sugli effetti di interazione che si manifestano durante i duetti di questi gibboni.

“La presenza di ritmi categorici, come l’isocronia, – dichiara Teresa Raimondi, dottoranda di Scienze Biologiche e Biotecnologie Applicatee prima autrice del lavoro – è una caratteristica musicale universale presente in tutte le culture umane che qui osserviamo anche in un primate antropomorfo come il gibbone lar. Abbiamo anche dimostrato che l’aumento della frequenza di emissione delle vocalizzazioni durante il canto è legata complessivamente ad un aumento dell’isocronia, suggerendo che i vincoli fisiologici respiratori svolgono un ruolo nel determinare la struttura ritmica del canto”.

Giovanni Boris Di Panfilo ha registrato i canti dei gibboni dalle mani bianche allo Huai Kha Khaeng Wildlife Sanctuary in Thailandia, Matteo Pasquali e Martina Zarantonello, come Di Panfilo, studenti della laurea magistrale Evoluzione del Comportamento Animale e dell’Uomo, hanno invece lavorato su gruppi familiari in cattività presso il Parco Zoo Falconara e il Parco Faunistico Cappeller vicino a Bassano del Grappa.

“L’isocronia appare anche modulata a seconda del contesto di emissione. – dichiara Marco Gamba, docente del Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi dell’Università di Torino – Questi animali paiono essere più isocroni quando duettano rispetto a quando cantano da soli. Abbiamo anche osservato una causalità statistica tra le note di un individuo e le note di un altro individuo. Questi studi aprono nuove prospettive di indagine in ottica comparativa e partecipano alla costruzione di un mosaico delle capacità musicali nelle specie animali”.

Coordinazione e regolarità ritmica tipicamente umane trovate in un altro primate, nei gibboni dalle mani bianche. Foto di Giovanni Di Panfilo

Articolo:

Raimondi T, Di Panfilo G, Pasquali M, Zarantonello M, Favaro L, Savini T, Gamba M, Ravignani A. 2022 Isochrony and rhythmic interaction in ape duetting. Proc. R. Soc. B 20222244. https://doi.org/10.1098/rspb.2022.2244

Testo e foto dall’Area Relazioni Esterne e con i Media dell’Università degli Studi di Torino

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Biologia

I pinguini cambiano tono di voce a seconda del contesto sociale

By ScientifiCult 15 Luglio 2022

COME GLI UMANI, ANCHE I PINGUINI CAMBIANO “TONO DI VOCE” A SECONDA DEL CONTESTO SOCIALE

I dati raccolti dai ricercatori dell’Università di Torino suggeriscono che questa forma implicita di plasticità vocale potrebbe essere molto più diffusa nel regno animale di quanto si pensasse

É stato pubblicato sulla rivista Proceedings of the Royal Society B uno studio, realizzato dai ricercatori del Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi dell’Università di Torino, intitolato Vocal accommodation in penguins (Spheniscus demersus) as a result of social environment. La ricerca ha analizzato in che modo i pinguini africani (Spheniscus demersus) sono in grado di modificare le loro vocalizzazioni nel tempo e in funzione delle loro interazioni sociali. Una modulazione vocale paragonabile a quella del linguaggio umano e utile a comprenderne in maniera significativa la sua evoluzione.

Pinguini africani – foto di Veronica Maraner

Sono state studiate le caratteristiche acustiche delle vocalizzazioni di diverse colonie di pinguino africano, una specie filogeneticamente distante da tutte quelle che sono state precedentemente identificate come capaci di apprendimento vocale. In particolare, vengono messe a confronto le caratteristiche acustiche delle vocalizzazioni di diversi pinguini con vari gradi di interazione sociale: stessa colonia o colonia diversa; stessa colonia a distanza di tre anni; partner contro non partner.

I risultati dimostrano che più i pinguini ascoltano le vocalizzazioni dei membri di un dato gruppo sociale, più le loro vocalizzazioni diventano simili, nel tempo, a quelle ascoltate. Questo fenomeno è ancora più marcato tra i partner di una coppia. Complessivamente, i risultati suggeriscono che i pinguini sono capaci di convergenza acustica, e che la plasticità vocale nel regno animale è forse più diffusa rispetto a quanto precedentemente ipotizzato.

“Ci siamo chiesti – dichiara Luigi Baciadonna, ricercatore del DBIOS UniTo e primo autore della ricerca – fino a che punto le vocalizzazioni dei pinguini siano flessibili e rispondenti all’ambiente sociale. Utilizzando un’analisi delle componenti principali , abbiamo ridotto 14 parametri vocali dei richiami di contatto dei pinguini a 4, ciascuno dei quali comprende parametri altamente correlati e che possono essere classificati come frequenza fondamentale, frequenza delle formanti, modulazione della frequenza, tasso di modulazione dell’ampiezza e durata. Dopodiché, abbiamo confrontato le differenze tra questi parametri individui con diversi gradi di interazioni sociali: stessa colonia contro stessa colonia rispetto a colonie diverse, stessa colonia per 3 anni e partner rispetto a non partner”.

Le analisi indicano che più i pinguini sperimentano i richiami degli altri, più i loro richiami diventano simili nel tempo, dimostrando che la convergenza vocale richiede un lungo periodo di tempo e una relativa stabilità nell’appartenenza alla colonia, e che il legame sociale unico dei partner può influenzare la convergenza vocale in modo diverso rispetto ai non partner. I risultati suggeriscono che questa forma implicita di plasticità vocale è forse molto più diffusa in tutto il regno animale di quanto si pensasse e potrebbe essere una capacità fondamentale della vocalizzazione dei vertebrati.

Testo e foto dall’Area Relazioni Esterne e con i Media dell’Università degli Studi di Torino

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