Ispirare la ricerca di prossima generazione sugli ecosistemi artici
I cambiamenti climatici stanno alterando radicalmente gli ecosistemi artici, in maniera più rapida che in qualsiasi altra parte del pianeta. Il carbonio atmosferico intrappolato nei suoli artici per milioni di anni viene ora rilasciato sotto forma di gas a effetto serra, quali anidride carbonica e metano. Tuttavia, nonostante queste conoscenze e decenni di ricerche in tal ambito, gli scienziati non sono ancora sicuri dell’esatta portata di questo trasferimento di carbonio e di come esso interagirà con il riscaldamento globale che lo sta causando. «Una sfida significativa risiede nell’assenza di prove sperimentali in merito alla futura fuga di carbonio nelle condizioni climatiche previste», spiega Ivan Janssens, docente presso il dipartimento di Biologia dell’Università di Anversa e responsabile del progetto FutureArctic. Gli scienziati si trovano spesso in ritardo rispetto alla realtà perché le osservazioni sul campo si limitano alle condizioni attuali, spiega Janssens. «Quando si riesce a raccogliere e analizzare una quantità di prove sufficienti, il clima è già cambiato, congiuntamente a tutti i meccanismi di feedback associati», osserva. È sorprendente notare che il tasso di fuga del carbonio ha spesso superato le aspettative degli scienziati. «È qui che si trova il vero valore di FutureArctic: il progetto offre evidenze sperimentali su larga scala degli scenari futuri», afferma Janssens. Nel progetto FutureArctic, finanziato dall’UE e intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, Janssens e il suo team hanno formato alcuni ricercatori nella fase iniziale della propria carriera per analizzare in modo migliore il potenziale scambio di carbonio in essere nell’Artico. Avvalendosi dell’apprendimento automatico e di un «ecosistema delle cose», il progetto sta conducendo un esperimento unico in Islanda al fine di analizzare grandi volumi di flussi di dati ambientali in un sito controllato geotermicamente.
Creare un «ecosistema delle cose»
Il termine «ecosistema delle cose» è stato ispirato dall’«Internet delle cose», con riferimento a un’infrastruttura connessa progettata per migliorare la nostra comprensione di sistemi più ampi. L’obiettivo di FutureArctic era quello di realizzare ricerche fondamentali al fine di creare una rete di sensori connessi all’interno di un ecosistema naturale, il che consentirebbe di valutare simultaneamente più processi ecosistemici e di aprire nuove strade per l’analisi avanzata del funzionamento degli ecosistemi basata sull’apprendimento automatico. Mentre alcuni dei ricercatori coinvolti nel progetto hanno sviluppato nuovi sensori prototipo che consentono di misurare ad alta risoluzione processi ecosistemici complessi, come la crescita delle radici e i flussi idrici del suolo, e hanno sperimentato nuove tecnologie per le osservazioni tramite droni, altri si sono concentrati sull’approfondimento delle conoscenze fondamentali relative alla salute delle piante e del suolo. Un obiettivo del progetto è quello di dotare i siti sul campo di sensori multipli e di condurre analisi iniziali dei processi ecosistemici attraverso metodi assistiti da macchine, così da integrare la tradizionale ricerca sul campo e con quella sperimentale. «L’integrazione di questi due approcci potrebbe migliorare significativamente la nostra capacità di perfezionare i modelli degli ecosistemi, in particolare quelli che prevedono i futuri pozzi di assorbimento del carbonio negli ecosistemi», aggiunge Janssens.
Ispirare connessioni tra varie discipline scientifiche
Durante lo svolgimento del progetto, i ricercatori hanno sviluppato protocolli per analizzare i dati utilizzando l’apprendimento automatico, uno sforzo che ha richiesto una collaborazione di tipo multidisciplinare. «A tal fine è stato necessario che gli scienziati ambientali comprendessero a fondo le esigenze dei ricercatori esperti di intelligenza artificiale e che questi ultimi cogliessero le complessità del monitoraggio di un ecosistema naturale», osserva Janssens. «Stabilire questa connessione è stato un importante passo in avanti e stiamo già pensando al prossimo livello di integrazione.» Il team si augura che i risultati dimostrino i potenziali benefici apportati dalla creazione di ecosistemi altamente strumentati e dell’utilizzo di analisi precoci assistite da macchine per esplorare più a fondo le complessità insite nel futuro rilascio e assorbimento di carbonio negli ecosistemi. «Se riuscissimo a ispirare altri nell’esplorazione di questo approccio, potremmo già affermare di aver ottenuto un successo significativo», conclude Janssens.
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