Un nuovo metodo per prevedere i punti di non ritorno - il momento in cui si verifica un cambiamento improvviso in sistemi complessi in rete - può offrire spunti che prevengono il disturbo da collasso delle colonie (CCD), un fenomeno in cui scompare la maggior parte delle api operaie in una colonia, minacciando l'economia agricola a livello globale.

Nel 2015-2016, Gli apicoltori statunitensi hanno perso il 44% delle loro colonie di api da miele, secondo un sondaggio finanziato in parte dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti.

La carta, "Prevedere i punti di non ritorno nelle reti mutualistiche attraverso la riduzione delle dimensioni, " pubblicato questa settimana nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze come articolo di ricerca estesa ( PNAS Plus ), è stato sviluppato da un team di ricercatori dell'Arizona State University e delle università in Cina, gli Stati Uniti., e il Regno Unito

I ricercatori hanno utilizzato come sistema modello 59 reti empiriche impollinatore-pianta (interazioni di impollinazione tra api e piante) provenienti da una varietà di continenti e zone climatiche, e siamo arrivati ​​a un modello bidimensionale in grado di prevedere con precisione il verificarsi di punti critici in ciascun sistema in rete. Un punto di svolta in una rete di piante impollinatrici è quando tutte le popolazioni di impollinatori (api e piante) si riducono a zero.

I sistemi in rete spaziano dagli ecosistemi e dal clima terrestre a quelli economici, sistemi sociali e infrastrutturali come la rete elettrica. Punti di non ritorno, o "cambiamenti di fase, "si verificano quando i componenti di un sistema iniziano a interagire in modo diverso, manifestandosi come un improvviso cambiamento nel comportamento a livello di sistema.

Esempi comuni di punti di non ritorno includono quando il riscaldamento dell'acqua raggiunge la temperatura alla quale inizia a bollire o quando una sostanza si scioglie da solida a liquida.

"In una rete di impollinatori-piante, un punto critico è il valore critico di un determinato parametro, come il numero di specie di api rimosse o il tasso di mortalità delle specie di api, in cui le popolazioni di tutte le specie di api e piante diminuiscono bruscamente fino a valori prossimi allo zero, " ha spiegato l'autore principale del giornale Ying Cheng Lai, un professore di elettricità, ingegneria informatica ed energetica all'ASU. "Il crollo simultaneo di tutte le popolazioni di api e piante si verifica perché sono reciprocamente connesse e interagiscono tra loro in modo altamente non lineare".

Una volta previsto un punto di svolta, strategie di controllo possono essere sviluppate per ritardare o addirittura prevenire il suo verificarsi. "Per esempio, possiamo concentrarci su una particolare specie di api e proteggerne l'abbondanza introducendo più api per mantenere la popolazione a un livello stabile, " ha detto Lai. "Oppure possiamo fare politiche per eliminare l'uso di alcuni pesticidi che sono dannosi per questa specie di api".

Per ogni rete reale, il team ha calcolato due tipiche funzioni di resilienza e le ha confrontate con quelle del corrispondente modello 2D ridotto. "Abbiamo trovato un buon accordo generale per tutte le 59 reti mutualistiche empiriche, portando alla conclusione che il nostro modello 2D può prevedere con precisione il verificarsi di un punto critico anche in presenza di disturbi casuali, " disse Lai.

Il modello ridotto può fungere da paradigma per comprendere e prevedere le dinamiche del punto critico nel mondo reale per salvaguardare gli impollinatori, e il principio generale è ampiamente applicabile per affrontare i problemi di resilienza e sostenibilità in altre discipline della scienza e dell'ingegneria.

"Il verificarsi di un punto di non ritorno è di grave preoccupazione in quanto potrebbe portare a un crollo improvviso e totale del sistema, " ha spiegato Lai. "Prevedere il punto di svolta e comprendere i processi dinamici responsabili sono essenziali per formulare strategie di controllo efficaci per ritardare o addirittura impedire che si verifichi. Ciò avrà un valore significativo per proteggere e sostenere sistemi complessi che sono di importanza fondamentale per la società moderna e le vite umane".