Prevedere le interazioni tra organismi e ambienti nel quadro di diversi scenari climatici
Gli organismi sono connessi a livello termodinamico con i loro ambienti mediante lo scambio di calore, acqua e/o ossigeno. Queste interazioni possono essere rilevate grazie a «modelli biofisici» che integrano informazioni sulle condizioni ambientali e le caratteristiche degli organismi al fine di prevedere le modalità di comportamento di individui specifici negli ambienti d’interesse. Questi modelli sono tuttavia ostacolati da alcune difficoltà e si registra la necessità di calibrarli e convalidarli attraverso la combinazione delle loro previsioni teoriche con osservazioni di tipo empirico. È qui che entra in gioco il progetto SCALE(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE e sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra). «Ci siamo prefissi di contribuire allo sviluppo di un nuovo quadro di modellizzazione con il quale prevedere le risposte degli animali al cambiamento ambientale», spiega Juan Rubalcaba, il coordinatore del progetto. A tal fine, SCALE ha combinato dati interspecifici disponibili nell’ambito dell’eco-fisiologia con previsioni teoriche generate tramite l’utilizzo dei modelli biofisici. Successivamente, il progetto ha impiegato questi modelli al fine di prevedere il modo in cui tratti fisiologici come il tasso metabolico dovrebbero cambiare in risposta alle condizioni climatiche, verificando quindi l’eventuale corrispondenza tra le previsioni del progetto e le osservazioni empiriche.
L’impatto del clima sulle lucertole
La possibilità che il clima moduli in modo diretto tratti quali le dimensioni corporee, il colore della cute e la tolleranza termica è oggetto di notevoli discussioni. Per comprendere meglio questo aspetto, SCALE si è avvalso di un modello biofisico per prevedere la temperatura del corpo e le prestazioni fisiologiche delle lucertole modellizzate in diversi scenari climatici. «Abbiamo poi usato il modello per approfondire le tipologie di fenotipi che potrebbero massimizzare le prestazioni fisiologiche in ogni regione simulando l’effetto esercitato dalla selezione naturale su fattori quali dimensioni corporee, colore della cute, tolleranza termica e comportamento termoregolatore», sottolinea Rubalcaba. Secondo quanto rilevato dal progetto, i modelli geografici osservati per quanto riguarda massa corporea, tolleranza al freddo e temperatura ottimale del corpo si sono avvicinati significativamente alle previsioni effettuate. «Di conseguenza, i nostri risultati(si apre in una nuova finestra) suggeriscono una modulazione diretta di questi tratti da parte del clima attraverso l’effetto generato da quest’ultimo sulle prestazioni termiche», aggiunge Rubalcaba.
Il fabbisogno e l’approvvigionamento di ossigeno negli ectotermi acquatici
SCALE ha elaborato un modello biofisico per indagare il fabbisogno e l’approvvigionamento di ossigeno nei pesci prendendo in considerazione i meccanismi fisico-chimici alla base del trasferimento di questo elemento attraverso la superficie branchiale. «Abbiamo utilizzato il modello per approfondire l’interazione tra temperatura dell’acqua, disponibilità di ossigeno, dimensioni corporee e livello di attività nel tasso metabolico e nelle prestazioni fisiologiche dei pesci», sottolinea Rubalcaba. In base alle previsioni del modello, gli animali attivi di grandi dimensioni dispongono di una capacità limitata di procurarsi l’ossigeno loro necessario per soddisfare la propria domanda fisiologica in acque più calde. Pertanto, i risultati(si apre in una nuova finestra) di SCALE indicano che il riscaldamento globale ne comprometterà le prestazioni fisiologiche, gravando in modo maggiore a livello metabolico sugli individui più grandi nel futuro.
L’evoluzione delle dimensioni corporee e della forma nei pipistrelli
«Abbiamo inoltre effettuato ricerche sulle modalità con cui le dimensioni del corpo e delle ali e la temperatura interagiscono tra loro per determinare i costi associati al volo e alla termoregolazione. Il modello dimostra che ali di maggiori dimensioni riducono il costo del volo ma incrementano i tassi di dissipazione del calore, aumentando conseguentemente i costi legati alla termoregolazione, soprattutto in condizioni climatiche fredde», evidenzia Rubalcaba. Avvalendosi di dati morfologici relativi ad alcune specie di pipistrelli, SCALE ha scoperto che il rapporto tra superficie e massa delle ali si evolve verso una forma ottimale e che la potenza della selezione è più elevata tra le specie che vivono in climi freddi, a conferma delle previsioni teoriche fornite. I risultati(si apre in una nuova finestra) del progetto suggeriscono quindi che il clima influisce sull’evoluzione delle dimensioni corporee nei pipistrelli tramite il suo effetto sul fabbisogno energetico. Da questi risultati si evince che il clima esercita un’influenza diretta sul fabbisogno energetico e sulle prestazioni fisiologiche, che a loro volta si ripercuotono sull’evoluzione dei tratti fenotipici. «Per di più, i modelli biofisici sono in grado di individuare meccanismi di primaria importanza alla base delle interazioni tra clima e organismi, risultando quindi utilizzabili per prevedere le risposte di questi organismi ai cambiamenti climatici», conclude Rubalcaba.
