Un importante passo avanti dei ricercatori dell'EPFL potrebbe portare alla scoperta di un insieme di leggi generali applicabili alle scienze ambientali.

C'è un legame tra la massa corporea di una data specie e la sua abbondanza, o tra le dimensioni di un ecosistema e il suo livello di biodiversità? Gli ecologi spesso scoprono che esistono relazioni simili di questo tipo in diversi ecosistemi. Queste relazioni sono chiamate leggi di scala, e hanno dimostrato di applicarsi sia in ambienti marini che terrestri e a vari tipi di organismi (ad es. microrganismi, mammiferi e alberi). Ma fino ad ora, non è stato tracciato un chiaro collegamento tra queste leggi. Ora sta cambiando:in un recente studio, I ricercatori dell'EPFL hanno dimostrato l'esistenza di modelli macroecologici comuni esibiti da queste leggi di scala apparentemente indipendenti. Questi schemi potrebbero addirittura portare alla scoperta di un insieme di leggi generali che governano le scienze ambientali. Lo studio è stato recentemente pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ).

I ricercatori hanno iniziato testando la loro ipotesi su tre serie di dati empirici su foreste tropicali e comunità di mammiferi e rettili che vivono su isole con climi simili. Utilizzando un modello di computer, hanno quindi replicato le leggi che avevano osservato sul campo e sviluppato formule algebriche generali che le legano tutte insieme. "Il nostro obiettivo era razionalizzare i modelli macroecologici osservati in vari ecosistemi e posizionarli in un quadro unificato da cui derivano tutti, "dice Silvia Zaoli. "In altre parole, volevamo trovare la loro origine condivisa." Zaoli è uno studente di dottorato presso il Laboratorio di Ecoidrologia dell'EPFL (ECHO) e l'autore principale dello studio.

Le leggi di scala descrivono la relazione tra due quantità. La probabilità di trovare un organismo in un ecosistema, Per esempio, diminuisce con le dimensioni dell'organismo:ci sono più batteri che balene blu nell'oceano. "Le leggi di scala sono definite dal loro esponente, " Continua Zaoli. "Sono usati a più livelli, ad esempio per prevedere quante specie sopravviveranno se il loro habitat si restringe o per modellare la distribuzione della massa corporea delle specie in una comunità marina rispetto alle loro funzioni ambientali. Sono anche utili per determinare la massa corporea più comune all'interno di una comunità, così come il più piccolo e il più grande. Il quadro teorico che abbiamo scoperto mostra che, anche se il valore di ciascun esponente varia da un ecosistema all'altro, tutti gli esponenti che descrivono un ecosistema sono collegati da relazioni universali che si applicano a tutti gli ecosistemi. Per esempio, queste relazioni collegano un aumento del numero di mammiferi, in proporzione alle dimensioni di un ecosistema, ad un aumento dell'abbondanza di ciascuna specie."

Uno dei due revisori di PNAS ha fatto il passo molto insolito di inviare feedback incoraggianti. In un breve commento, il revisore colloca il lavoro dei ricercatori in un ampio, prospettiva storica. Per lui, questo studio ha posto le scienze ambientali su un percorso verso la scoperta di una teoria fisica che comprenda tutte le leggi osservate in precedenza. Lo paragona al catalogo delle posizioni delle stelle di Tycho Brahe, pianeti e comete - un'opera del XVII secolo che ha costituito la base empirica per le leggi del moto planetario di Johannes Kepler, che a sua volta ha posto le basi per la legge di gravitazione universale di Isaac Newton. "È vero che abbiamo tracciato una rotta in quella direzione, "dice Zaoli, "ma sappiamo che abbiamo una lunga strada da percorrere."