L'antico mistero del perché delfini altrimenti sani, balene e focene si arenano lungo le coste di tutto il mondo si approfondisce:dopo una collaborazione tra scienziati della NASA e biologi marini, una nuova ricerca suggerisce che il tempo spaziale non è la causa principale degli spiaggiamenti di animali, ma la ricerca continua. La collaborazione sta ora cercando altri che si uniscano alla loro ricerca dei fattori che mandano fuori rotta i mammiferi oceanici, nella speranza forse un giorno di prevedere gli spiaggiamenti prima che accadano.

Gli scienziati hanno cercato a lungo la risposta al motivo per cui questi animali spiaggiano, e una recente collaborazione sperava di trovare una soluzione chiara:i ricercatori di una sezione trasversale di campi hanno riunito enormi set di dati per vedere se i disturbi al campo magnetico intorno alla Terra potrebbero essere ciò che confonde queste creature marine, conosciuti come cetacei. Si pensa che i cetacei utilizzino il campo magnetico terrestre per navigare. Poiché intense tempeste solari possono disturbare il campo magnetico, gli scienziati volevano determinare se potevano, per estensione, effettivamente interferire con le bussole interne degli animali e portarli fuori strada.

Durante la loro prima indagine, gli scienziati, dal Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland; il Fondo internazionale per il benessere degli animali, o IFAW; e il Bureau of Ocean Energy Management, o BOEM, non sono stati in grado di stabilire una connessione causale.

"Abbiamo appreso finora che non c'è alcuna prova che indica che il tempo spaziale è il driver principale, " ha detto lo scienziato della meteorologia spaziale Goddard Antti Pulkkinen. "Ma c'è la sensazione che le condizioni geomagnetiche possano essere parte di un cocktail di fattori che contribuiscono".

Ora, il team sta aprendo il loro studio in modo molto più ampio:stanno chiedendo ad altri scienziati di partecipare al loro lavoro e di fornire dati alla ricerca del complesso insieme di cause di tali spiaggiamenti.

Dati minerari per le connessioni

Gli spiaggiamenti di massa si verificano in tutto il mondo e possono colpire da tre a diverse centinaia di animali durante un dato evento. Sebbene siano un fenomeno globale, gli scienziati hanno identificato alcuni punti caldi:Nuova Zelanda, Australia, e Cape Cod, Massachusetts, tutte condividono caratteristiche geografiche chiave come spiagge in pendenza e sedimenti a grana fine, fattori che si ritiene abbiano un ruolo negli spiaggiamenti.

Negli spiaggiamenti che coinvolgono più decessi, le autopsie rivelano che la stragrande maggioranza degli animali deceduti era sana prima di spiaggiarsi. Alcuni ricercatori ipotizzano che i gruppi si incaglino quando i loro forti legami sociali li costringono a seguire un individuo in difficoltà in acque poco profonde.

"Balene e delfini sono sempre stati per noi emblemi mitici, " ha detto Desray Reeb, un biologo marino presso la sede di BOEM a Sterling, Virginia. "Sono intelligenti, sociale e mistico, e ci presentano una sfida intrigante da capire perché sono così simili a noi, eppure così diverso."

Questa particolare indagine è stata un'idea di Reeb; si è rivolta a Pulkkinen in merito al lancio dello sforzo di ricerca dopo aver ascoltato la sua presentazione sul clima spaziale nel giugno 2015. Il team inizialmente si è concentrato su Cape Cod, il più grande hot spot degli Stati Uniti, e ha setacciato quasi due decenni di osservazioni di spiaggiamento IFAW insieme sia a terra- e dati meteorologici spaziali della NASA basati sullo spazio.

Proprio come il tempo varia sulla Terra, portando occasionalmente temporali e raffiche di vento, il Sole in continua evoluzione a volte scaglia enormi nuvole di materiale solare e campi magnetici nello spazio, chiamate espulsioni di massa coronale, o ECM. Gli effetti di queste eruzioni sullo spazio vicino alla Terra sono noti collettivamente come meteorologia spaziale. Le CME possono scatenare potenti tempeste geomagnetiche se colpiscono il campo magnetico terrestre. Se le tempeste solari e gli spiaggiamenti fossero davvero collegati, gli scienziati pensavano di poter rilevare modelli nell'attività geomagnetica della Terra nel tempo che circonda un evento di spiaggiamento.

"Se siamo in grado di determinare quali condizioni promuovono gli spiaggiamenti e sviluppare un sistema di allerta che riconosca quando questi fattori si uniscono, quindi le reti di arenamento in diverse aree possono prepararsi per l'evento e ottenere i soccorsi sul campo prima, " ha detto la collaboratrice del progetto Katie Moore, il vicepresidente IFAW per la conservazione e il benessere degli animali.

Con sede a Yarmouth Port, Massachusetts, IFAW opera in 40 paesi, il salvataggio degli animali e la promozione della conservazione per garantire un habitat sicuro per la fauna selvatica. A Cape Cod, L'IFAW ha sviluppato un solido programma di risposta alle emergenze che ha aumentato il tasso di sopravvivenza allo spiaggiamento dal 14 al 75% in quasi 30 anni. Passare dalle capacità reattive a quelle predittive, però, rappresenterebbe un approccio completamente nuovo al salvataggio degli animali. Con i finanziamenti del Programma di studi ambientali di BOEM e del Fondo per l'innovazione scientifica della NASA, il team ha intrapreso un importante sforzo di data mining per compiere i primi passi verso lo sviluppo delle previsioni.

Primo, hanno cercato correlazioni tra ogni evento di spiaggiamento e le previsioni del tempo spaziale il giorno di quell'evento. Quindi, hanno spostato i dati meteorologici spaziali di diversi periodi di tempo:un giorno, due giorni, 10 giorni, e così via, per esplorare se c'è un ritardo negli effetti dell'attività solare sugli spiaggiamenti.

Dopo aver analizzato tutti i dati, gli scienziati hanno scoperto che, indipendentemente dallo spostamento nel tempo, la meteorologia spaziale aveva la stessa relazione statistica con ogni spiaggiamento, indicando una chiara connessione causale tra l'attività geomagnetica e gli spiaggiamenti di Cape Cod.

Mentre gli scienziati speravano in un momento eureka, i risultati della loro analisi li hanno comunque portati a considerare che mentre la meteorologia spaziale non è un fattore primario di spiaggiamento, potrebbe essere un fattore tra i tanti. Svelare interazioni ed eventi in scenari biologici richiede tipicamente prospettive ecologiche; forse il tempo spaziale, loro pensavano, era una componente necessaria delle condizioni ecologiche più grandiose che portano a eventi di spiaggiamento di massa.

"Sebbene le nostre analisi abbiano indicato che le tempeste geomagnetiche probabilmente non sono una delle cause principali, è molto difficile, se non impossibile, escludere completamente ogni possibile fattore dal mix, " ha detto Pulkkinen. "La nostra opinione è che gli spiaggiamenti siano probabilmente causati da una complessa combinazione di molteplici fattori ambientali, quindi vogliamo includere la gamma più ampia possibile di parametri possibili nello studio di follow-up".

Espandere la ricerca

Immergendosi più a fondo nel complesso puzzle degli spiaggiamenti di massa, il team ha deciso di espandere la propria analisi e includere ulteriori set di dati oceanografici e atmosferici dalle missioni di scienze della Terra della NASA, compreso Terra, il sensore di campo visivo ampio per la visualizzazione del mare o SeaWIFS, in breve e misurazione globale delle precipitazioni, così come il satellite ambientale geostazionario operativo della National Oceanic and Atmospheric Administration, o VA, missione. A sua volta, il team stesso si è inoltre ampliato per includere più collaboratori con esperienza nell'analisi statistica sempre più complessa richiesta dal progetto.

I dati aggiuntivi potrebbero far luce sulle condizioni di interazione che influenzano il comportamento dei cetacei. Per esempio, maree, i venti e la temperatura della superficie del mare potrebbero alterare le loro abitudini migratorie, e il colore dell'oceano, riferito al contenuto chimico e particellare dell'acqua, potrebbe riflettere i cambiamenti nella catena alimentare.

"La NASA ha accesso a set di dati oceanografici su larga scala che vanno dalla produttività primaria alla temperatura dell'oceano, correnti e vento, " disse Moore. "Per la prima volta, stiamo sovrapponendo enormi set di dati per studiare questo problema. Forse scopriremo che c'è una "tempesta perfetta" di condizioni che portano a uno spiaggiamento".

Per determinare se hanno trovato una spiegazione plausibile per uno spiaggiamento, gli statistici del team costruiscono modelli che tentano di fare previsioni all'interno dei loro set di dati. Rimuovono un piccolo sottoinsieme dei dati, e se il loro modello può replicare accuratamente i pezzi mancanti, gli scienziati potrebbero essere sulla strada giusta.

"Queste osservazioni ambientali e animali sono dati rumorosi, quindi qualunque cosa troviamo, dobbiamo prendere con le pinze, " disse Erdem Karaköylü, un analista di dati e oceanografo Goddard Earth Science che si è unito al team durante la sua espansione. "Ma è anche un ricco set di dati. Quando si hanno molti dati, è più facile scartare ciò che non è utile."

Mentre l'attenzione iniziale della squadra è rivolta a Cape Cod, la loro ricerca ha implicazioni per prevenire gli spiaggiamenti in tutto il mondo. Secondo Reeb, ogni hot spot di spiaggiamento richiede uno studio individualizzato, ma i fattori che influenzano gli spiaggiamenti possono essere gli stessi a livello globale, anche se con diversi gradi di importanza. Inoltre, l'attuale priorità del team è gettare le basi per studi futuri sviluppando metodi per l'archiviazione e l'analisi di più set di dati. Prevedono la creazione di uno strumento open source che consentirebbe agli scienziati di tutto il mondo di collaborare e studiare gli spiaggiamenti nella loro area in modo simile.

Moore spera ancora che la sua squadra un giorno avrà un modello predittivo per supportare i loro salvataggi, consentendo loro di salvare più animali. Intanto, il team continuerà a ispezionare i livelli di dati per le interazioni e i modelli, approfondire la loro comprensione degli spiaggiamenti di massa e creare un precedente per futuri studi interdisciplinari.

"Nei decenni passati, noi scienziati abbiamo spesso lavorato in isolamento, ognuno si attiene alla propria specialità e risponde alle domande dal proprio punto di vista, " Ha detto Reeb. "Questo studio entusiasmante riunisce persone straordinarie con competenze diverse per rispondere a una domanda che ha ramificazioni su tutta la linea".

Per maggiori informazioni sul progetto in corso, visita:http://spaceweathercenter.cua.edu/strandings-project.cfm