La teoria matematica e i metodi statistici per aiutare la biologia
Conducendo ricerche sul crocevia tra matematica, statistica e biologia, il progetto SPAECO (Spatial ecology: Bringing mathematical theory and data together), finanziato dall’UE, si proponeva di predisporre teorie matematiche e approcci statistici che collegano queste teorie ai dati. I partner del progetto hanno creato e analizzato modelli spaziali e stocastici su base individuale formulati come processi di punti spaziotemporali. I risultati mostrano come la risposta tra la dinamica ecologica ed evolutiva è influenzata dalle proprietà delle specie e la natura della dinamica della popolazione. Hanno ulteriormente sviluppato questi metodi al fine di studiare la dinamica spaziotemporale della popolazione, in particolare la sua estinzione e altre grandi fluttuazioni. Per collegare la teoria ai dati, il team SPAECO ha lavorato a vari approcci statistici. Ha sviluppato modelli del movimento animale e metodi per la loro parametrizzazione, un quadro matematico e metodi statistici associati per affrontare questioni della genetica quantitativa evolutiva, nonché approcci bayesiani gerarchici per analizzare i dati sulle comunità di specie. Come esempi di alcuni casi di studio concreti, i ricercatori hanno creato un modello su base individuale che descrive la dinamica della popolazione di farfalle Melitaea cinxia all’interno di una rete di circa 4 000 habitat diversi. Hanno combinato il DNA barcoding con dati morfologici sui funghi che decompongono il legno per esplorare la relazione tra elementi miceliali e carpofori. I risultati di quest’ultimo studio hanno rivelato che le specie specializzate hanno un tasso di fruttificazione molto basso, indicando che la principale difficoltà per molte specie in pericolo è la formazione del corpo fruttifero anziché la colonizzazione miceliale. In totale sono stati pubblicati più di 50 articoli in riviste internazionali sottoposte a revisione paritaria. Una sintesi dei risultati del progetto viene presentata nel libro di Ovaskainen et al. 2016: Quantitative Ecology and Evolutionary Biology: Integrating Models with Data (Oxford University Press). Concentrandosi su una varietà di modelli – dalla dinamica spaziotemporale della popolazione agli approcci bayesiani nella genetica evoluzionistica quantitativa – SPAECO è riuscito a introdurre sia la teoria matematica che i metodi statistici che possono essere utilizzati per correlare le teorie ai dati.
Parole chiave
Teoria matematica, metodi statistici, SPAECO, ecologia spaziale
