Dagli oceani più profondi alle montagne più alte, il cambiamento climatico causato dall'uomo sta avendo un profondo impatto su animali e piante in tutto il mondo, con molte specie spinte sull'orlo dell'estinzione dall'aumento delle temperature.

Dagli orsi all'alce alla lince, e persino scoiattoli e rane, gli animali lasciano le loro case in cerca di climi più freschi mentre il pianeta si riscalda. In effetti, circa la metà delle 4.000 specie del mondo è in movimento, e molte migrano verso nord verso latitudini più elevate.

Per ecologi e ambientalisti, è fondamentale comprendere come gli habitat vitali di queste specie si espandono e si contraggono nel contesto di un clima in rapido cambiamento. Pertanto, la modellizzazione della distribuzione delle specie viene spesso utilizzata per prevedere le abitudini migratorie e gli habitat adatti per le specie in diverse condizioni ambientali.

Ma i modelli attuali possono produrre risultati imprecisi ed eccessivamente ottimistici, perché non tengono conto di una domanda chiave:una specie può realisticamente raggiungere un clima adatto prima che sia troppo tardi?

Non tutti gli ambienti sono adatti a tutte le specie e gli animali si spostano e migrano a ritmi diversi in base a una serie di fattori, come mobilità, capacità riproduttiva o caratteristiche del paesaggio. In ecologia, questo è noto come limite o vincolo di dispersione.

"Quando pensiamo all'impatto del cambiamento climatico sull'habitat delle specie, dobbiamo chiederci:dove possono vivere le specie in futuro sotto il cambiamento climatico, ma soprattutto, possono arrivarci?" ha affermato Bistra Dilkina, professore associato di informatica dell'USC e condirettore del Center for Artificial Intelligence in Society dell'USC.

"Dobbiamo valutare in modo dinamico e accurato le priorità di conservazione e ottenere gli strumenti giusti per comprendere le preoccupazioni future è molto importante."

Ecco perché Dilkina ha collaborato con i biogeografi della Georgia Tech Jenny McGuire, un assistente professore, e Ben Shipley, un dottorato di ricerca. candidato, per creare MegaSDM, il primo strumento di modellazione che considera i limiti di dispersione per molte specie, modelli climatici e periodi di tempo contemporaneamente.

Quando viene fornito un elenco di specie e dati ambientali, il modello produce una serie di mappe che illustrano come le specie si muovono nel tempo in diversi scenari sotto il cambiamento climatico.

Uno spostamento verso nord

In un recente articolo, il team ha modellato 165 distribuzioni di mammiferi nordamericani nel 2010 e proiettato nel 2050 e nel 2070 in due scenari:con limiti di dispersione e senza. Hanno riscontrato un prevedibile declino della ricchezza complessiva delle specie dal 2010 al 2070 in tutto il Nord America e un piccolo ma visibile spostamento verso nord.

Ma la mappa con i vincoli di dispersione suonava un terribile avvertimento:molte specie non saranno in grado di colonizzare tutti gli habitat adatti disponibili nel 2070.

"Se si tiene conto del tasso di dispersione, il futuro appare più cupo di quanto ci saremmo aspettati", ha affermato McGuire.

"Quando si osservano i cambiamenti nell'idoneità dell'habitat nel tempo, si osserva un restringimento dell'habitat a sud e un'espansione dell'idoneità dell'habitat a nord, cosa che è prevedibile. Ma soprattutto, quando si integrano i limiti di dispersione nell'analisi, vediamo anche molti i guadagni di idoneità all'habitat vengono persi a causa dei limiti di dispersione."

Di conseguenza, il modello potrebbe consentire ai ricercatori di gettare nuova luce su quali specie sono veramente a rischio di estinzione a causa dei cambiamenti climatici. Studi precedenti suggeriscono che le specie con tassi di dispersione lenti, inclusi primati, toporagni, talpe e specie dell'ordine degli opossum, sono a più alto rischio, almeno nell'emisfero occidentale.

A rischio sono anche le specie fredde e di alta quota come il pika, un piccolo animale di montagna che può surriscaldarsi e morire a temperature miti fino a 78 gradi Fahrenheit. Nonostante il numero in calo, al piccolo mammifero è stato negato lo status di specie in via di estinzione con studi che suggeriscono che migrerà verso aree più fresche a monte.

Ma tenendo conto dei vincoli di dispersione, il futuro sembra meno ottimista per il pika.

"È improbabile che i Pika si muovano molto durante l'anno, quindi i loro tassi di dispersione sono piuttosto bassi. Di conseguenza, anche se un nuovo habitat adatto si fosse aperto su una catena montuosa a nord, potrebbe essere improbabile che una qualsiasi popolazione di pika si stabilirebbero lì e, con il riscaldamento del clima, i loro habitat si ridurranno", ha affermato Shipley.

"La mappa senza vincoli di dispersione potrebbe mostrare un'espansione verso catene montuose più fredde e più alte, mentre una mappa con vincoli di dispersione mostrerebbe una diminuzione dell'habitat senza una corrispondente espansione nel tempo."

Potenziare le azioni future

Un altro vantaggio di MegaSDM:può sintetizzare molte specie, periodi di tempo e scenari climatici contemporaneamente. Producendo mappe uniche che descrivono i cambiamenti negli intervalli di specie, consente ai ricercatori di prevedere le distribuzioni delle specie andando avanti e indietro nel tempo per anticipare dove una specie potrebbe potenzialmente vivere in futuro.

"La maggior parte delle attuali tecniche utilizzate dai modelli di distribuzione delle specie sono statiche, quindi si proiettano solo in un singolo periodo di tempo e non incorporano aspetti del movimento attraverso i paesaggi", ha affermato Shipley. "Ma MegaSDM utilizza un approccio temporale a più fasi, quindi puoi applicare questi modelli di distribuzione a periodi di tempo passati o presenti e mostrare movimenti dinamici, come l'espansione e la riduzione delle dimensioni dell'intervallo."

Consente inoltre ai ricercatori di distinguere gli impatti dei cambiamenti climatici rispetto ad altri ostacoli alla migrazione, ad esempio lo sviluppo urbano o un habitat inadatto.

"Se guardiamo solo oggi, non stiamo ottenendo un quadro completo di tutti i diversi climi in cui una specie può vivere", ha affermato McGuire. "Lo strumento ci consente di riconoscere quando una specie è limitata da altri tipi di impatto e ci consente di anticipare meglio dove potrebbero potenzialmente vivere in futuro e di identificare potenziali aree di ripristino."

Lo sviluppo dello strumento open source ha richiesto un'attenta progettazione e pianificazione del sistema per determinare come creare un sistema modulare utilizzando i requisiti minimi di memoria, ha affermato Dilkina, cattedra di scienze informatiche del Dr. Allen e Charlotte Ginsburg.

In primo luogo, i ricercatori hanno modellato l'idoneità dell'habitat per le specie utilizzando dati pertinenti pubblicamente disponibili, come gli strati dei sistemi di informazione geografica (GIS), tra cui l'altitudine, la copertura del suolo, il livello di urbanizzazione e la forestazione. Successivamente, hanno esaminato dove sono state rilevate queste specie e i dati climatici per il presente e il futuro.

In futuro, il team prevede di utilizzare lo strumento per identificare le specie a più alto rischio nella speranza di implementare strategicamente strategie di conservazione, ad esempio pietre miliari o corridoi della fauna selvatica, per espandere la connettività dei paesaggi conservati.

"Il cambiamento climatico è qui più velocemente di quanto ci aspettassimo", ha detto Dilkina. "Costruire gli strumenti per aiutarci a fare previsioni quantitative su ciò che accadrà è estremamente importante e credo che ciò rafforzerà l'azione futura nella conservazione della biodiversità e negli sforzi di mitigazione dei cambiamenti climatici."

Lo studio è stato pubblicato in Ecografia . + Esplora ulteriormente

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