La maggior parte dei 10, 000 navi perse sul fondo dei Grandi Laghi in relitti negli ultimi 400 anni sono ancora perdute, nascoste da qualche parte in 6 quadrilioni di galloni d'acqua. Trovare qualcosa in un lago è una lezione di umiltà, quindi la vita come biologo d'acqua dolce è sempre umiliante. Se non riusciamo a tenere conto di enormi navi da carico d'acciaio, immagina la sfida di trovare un singolo minuscolo organismo.

Ma è fondamentale rilevare le specie invasive il prima possibile. Le specie acquatiche invasive causano miliardi di dollari di danni economici, e le autorità di regolamentazione basano decisioni gestionali multimilionarie sulla capacità di scienziati e manager di rilevarle. È molto più conveniente investire in misure di prevenzione che reagire dopo che una specie si è insediata. E le popolazioni a bassa densità sono più facili da gestire rispetto alle specie che hanno preso il controllo di un ecosistema.

Ma dal momento che il finanziamento, l'attrezzatura e il tempo sono limitati, gli scienziati spesso possono campionare solo per gli invasivi su piccole frazioni di aree vulnerabili. Ad aggravare la sfida, le nostre specie bersaglio tendono a nascondersi a bassa densità, cioè sono rari nella maggior parte dei luoghi.

Ho passato otto anni a studiare la pulce d'acqua spinosa ( Bythhotrephes longimanus ), uno zooplancton invasivo, nel Wisconsin. In un recente studio, Ho lavorato con i miei colleghi Eric Pedersen e Jake Vander Zanden per sviluppare un quadro teorico che utilizza la matematica e la modellazione al computer per migliorare il rilevamento delle specie invasive a bassa densità.

Il nostro modello fornisce una semplice regola empirica per la progettazione di programmi di sorveglianza senza informazioni diverse da una stima delle densità di popolazione previste. In altre parole, se i manager hanno una comprensione totale di quanti individui ci sono in un sistema, i nostri modelli possono fornire alcune informazioni di base su quanto sforzo devono investire nel campionamento per rilevare la specie in modo affidabile. In alternativa, i nostri modelli possono aiutare i manager a stimare se i loro sforzi attuali sono efficaci per rilevare le popolazioni nelle prime fasi del processo di invasione.

Una scoperta tardiva

Per noi, questa sfida era personale. La pulce d'acqua spinosa ha sconvolto la rete alimentare del nostro lago Mendota a Madison, Wisconsin.

Nella maggior parte dei laghi non è sorprendente perdere nuove invasioni biologiche. Ma il Lago Mendota è uno dei laghi più studiati al mondo, e l'abbiamo campionata più di 200 volte nel decennio precedente al rilevamento della pulce.

Lo zooplancton è un organismo minuscolo:la pulce d'acqua spinosa è lunga meno di mezzo pollice. Per trovarli, trasciniamo una rete a forma di cono attraverso l'acqua. La rete è lunga quasi 6 piedi, con un cerchio di circa un piede e mezzo di diametro a un'estremità e una tazza di raccolta che intrappola lo zooplancton catturato all'altra. Per ogni 10 piedi che tiriamo la rete attraverso il lago, campioniamo quasi 160 galloni d'acqua, una quantità che sarebbe difficile da trasportare, ma rappresenta solo un miliardesimo del volume del Lago Mendota.

All'inizio, l'invasione delle pulci d'acqua spinose del Lago Mendota sembrava la più semplice delle sfide di rilevamento. Quando abbiamo identificato per la prima volta la sua presenza nel 2009, le nostre reti pullulavano di spine della coda larghe come un mignolo e di macchie oculari nerissime. Abbiamo stimato che queste densità corrisponderebbero a una popolazione lacustre di trilioni.

Ma come abbiamo imparato di più, abbiamo scoperto che le pulci erano probabilmente state nel lago per un decennio prima di presentarsi in massa a cui ci riferivamo come "salsa di mele delle pulci spinose d'acqua" nei nostri barattoli di raccolta.

Regole pratiche per il rilevamento di specie invasive

Mentre questa realizzazione è stata uno shock, il nostro lavoro ha rivelato che in realtà non era sorprendente. Poiché le specie invasive spesso si nascondono a bassa densità, la mancanza di popolazioni invasive è più probabilmente la regola che l'eccezione, anche in ecosistemi ben monitorati.

L'individuazione delle specie invasive è il primo passo di qualsiasi strategia di gestione, e la diagnosi precoce è impegnativa ma fondamentale per gestire efficacemente gli invasori dannosi, come le carpe asiatiche e le cozze zebrate. Failing to detect spiny water flea has been a key stumbling block in managing its spread across the Midwest. Similar dynamics are occurring with other invasive species, including medflies in California and Didymo algae, also known as "rock snot, " which is causing blooms in rivers across North America.

We wanted to see whether there were ways to make detection more effective. Per fare questo, we used theoretical models that explore detection at low densities to provide simple rules of thumb that aim to improve the process.

At low densities, detecting a small invasive organism in a large area can be nearly impossible without extraordinary effort. Even if there were one spiny water flea for every cubic meter of water in Lake Mendota, catching one in a net would be like finding a sesame seed in roughly 250 gallons of water.

Però, managers can dramatically improve detection rates by targeting their sampling to areas or time periods when the target species is likely to be present at higher densities. Humans do this naturally when we have the necessary information. Per esempio, I don't search grocery stores randomly for blueberries – I look in the produce section, mainly in late summer when blueberries are in season in Wisconsin.

The spiny water flea is most abundant in fall. By doubling search efforts in the fall, we calculated that managers would improve detection as much as if they doubled efforts over the entire year.

Targeting is particularly important in multi-species surveys. Managers often look for multiple invasive species when they are sampling, but we concluded in our study that it's much more efficient to target each species separately if they differ in when or where they are most abundant. And the greater the difference, the greater the benefit from sampling for them separately.

It also helps to identify locations that are vulnerable to invasion. If a manager is tasked with monitoring a dozen lakes, she could either spread effort equally among them or use information about what kinds of lakes the invader tends to invade to target vulnerable lakes. Focusing efforts on a smaller number of vulnerable lakes, instead of sampling all 12, might be enough to overcome the challenges of detecting species at low densities.

Detection is key to control

Invasive species cause enormous ecological and economic harm. As just one example, invasive insects do some US$13 billion in damage yearly to crops in the United States.

Our rules of thumb can help scientists and managers work smarter. In definitiva, anche se, the United States needs to invest much more in effective and comprehensive invasive species prevention efforts to prevent future ecological and economic harm by invasive species.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.