Quando alcuni tipi di alghe si accumulano sulla superficie dell'oceano in numero elevato, trasformano grandi strisce d'acqua di un colore bruno-rossastro, attirare l'attenzione per ragioni sia buone che cattive.

Al largo della costa della California meridionale questi eventi, noto come "maree rosse, " può produrre spettacoli di luci notturne maestosi illuminando le onde che si infrangono e creando inquietanti scie blu dietro i pesci da surf. Tuttavia, in altre aree come al largo della Florida e nei Grandi Laghi queste fioriture possono essere tossiche, causando la morte dei pesci, avvelenamento da crostacei, e innescando problemi respiratori nell'uomo e nei mammiferi marini.

Da oltre un secolo, gli scienziati hanno cercato di capire cosa causa la formazione delle maree rosse nelle aree costiere apparentemente dal nulla. Utilizzando una nuova tecnica sviluppata dalla Scripps Institution of Oceanography presso l'Università della California a San Diego, lo scienziato George Sugihara e colleghi, quel mistero viene finalmente svelato.

Un gruppo di ricerca di Scripps guidato da studenti ha analizzato i dati sul pigmento primario nelle alghe, la clorofilla, nonché le concentrazioni di nutrienti e vari aspetti fisici dell'oceano raccolti al largo di Scripps Pier come parte di un programma di osservazione continua, guidato dal professore emerito di Scripps John McGowan, che fa parte del programma Scripps Shore Stations.

Quando i dati ecologici sono stati inseriti nei modelli senza equazioni di Sugihara, nota come modellazione dinamica empirica (EDM), i ricercatori sono stati in grado di identificare modelli nell'apparente casualità che possono essere utilizzati per prevedere le maree rosse al largo della California meridionale.

Il nuovo studio, da pubblicare sulla rivista Ecologia e disponibile online, scoperto che le maree rosse non sono puramente casuali. Offre l'opportunità di prevedere queste fioriture algali dannose che non potrebbero essere previste utilizzando i tradizionali metodi di modellazione ecologica.

"Le maree rosse sono state un mistero per tanti anni perché guardavamo l'ecosistema come se fosse in equilibrio e immutabile e quindi potesse essere studiato un pezzo alla volta, " disse Sugihara, la McQuown Chair Distinguished Professor di Scienze Naturali e autore senior dello studio. "Era un mistero solo perché lo stavamo guardando nel modo sbagliato. Cercare cose che semplicemente 'correlassero' con le maree rosse fallirà."

Il metodo EDM si basa sull'idea che l'ecosistema è in continua evoluzione e deve essere studiato come un intero sistema piuttosto che come pezzi separati. L'analisi olistica degli ecosistemi ha consentito a Sugihara e al suo team di utilizzare l'archivio di 30 anni di dati sul campo per identificare i meccanismi che causano le maree rosse.

"Anche con i grandi miglioramenti nelle 'previsioni dell'ecosistema' negli ultimi decenni, rimane una grande sfida per gli scienziati, " ha detto Alan Tessier, vicedirettore della divisione di biologia ambientale della National Science Foundation (NSF). "Questa ricerca mostra che la sfida viene superata utilizzando tecniche innovative che ci offrono informazioni come prevedere le maree rosse. Questo è importante per sapere quando chiudere le zone di pesca e di balneazione, e per la salute dei residenti che vivono lungo le acque colpite".

"L'approccio ci ha permesso di trovare fattori che si uniscono come una tempesta perfetta per produrre una marea rossa, " ha detto Sugihara. "Questi fattori includono avere una colonna d'acqua stabile e bassi livelli di nutrienti nelle acque superficiali".

Con ulteriori miglioramenti del modello per incorporare osservazioni in tempo reale, Sugihara e il team ritengono che queste fioriture algali potrebbero essere previste come parte di un sistema di allerta precoce per futuri eventi di marea rossa.

Oltre alle preoccupazioni per la salute pubblica, queste fioriture algali causano problemi operativi negli impianti di alimentazione e di desalinizzazione, e creare zone impoverite di ossigeno nell'oceano. La previsione avanzata delle maree rosse può aiutare a fornire risposte più proattive alle ripercussioni sulla salute umana e animale, guidare le fermate temporanee degli impianti di desalinizzazione, e aiuto nella pianificazione di esercitazioni di addestramento militare nelle acque costiere.

"Questa ricerca non sarebbe stata possibile senza osservazioni di serie temporali del fitoplancton per convalidare gli sforzi di modellazione, "ha detto David Garrison, direttore del programma di oceanografia biologica della NSF. "I risultati sono importanti per affrontare i problemi della società come le fioriture algali dannose nelle acque costiere".