Articles by Alice

You are currently browsing Alice’s articles.

E’ un onore per il nostro blog partecipare alla grande iniziativa che è il Carnevale della Biodiversità. Questo post infatti compare nell’ambito del tema Infinite forme bellissime. Gli altri post dei numerosi blog che partecipano a questa interessante iniziativa possono essere trovati qui.

Preservare la biodiversità dalla sua drammatica riduzione, legata per la maggior parte all’impatto antropico, è un tema molto trattato. Tuttavia spesso ciò si verifica ponendosi nell’idea di fare ciò a scopo utilitaristico con il proposito di preservare per poi sfruttare, seppur in modo cauto e rispettoso. Quest’idea di agire a riguardo della biodiversità andrebbe cambiata poiché nulla ha di diverso rispetto a quanto avviene ora e soprattutto perché basata, sovente, su di un oramai fuori luogo concetto di antropocentrismo naturale.

di M. Affini – BottigliediLeida.net

L’emorragia di biodiversità che è in corso sul pianeta dagli ultimi 50 anni è senza dubbio un processo drammatico innescato sia direttamente che indirettamente dallo sviluppo umano. Attraverso il consumo esagerato di diversi tipi di risorse, dalle materie prime come il legname delle grandi foreste tropicali allo sfruttamento delle risorse ittiche, la grande varietà di forme vegetali e animali, sviluppatesi in migliaia, se non in alcuni casi, milioni di anni di evoluzione sta riducendosi a vista d’occhio tanto da allarmare molti ricercatori fino a diventare un tema caldo trattato spesso sia da giornali che da programmi televisi.

Alla radice del problema sta un evento molto conosciuto da chiunque abbia studiato un po’ di ecologia e/o biologia: l’ingresso di una specie esotica in un habitat a lei nuovo. In questo caso la specie esotica è la più nota: Homo sapiens.

Fin da quando almeno 500 mila anni fa questa specie si sviluppò in Africa cominciando poi, lentamente ma anche progressivamente, a invadere il resto delle terre emerse, si sono avute forti ripercussioni ecologiche legate al suo passaggio. Uno degli esempi più chiari è l’estinzione della megafauna americana.

Non so se vi è mai capitato di pensarci ma vi siete mai chiesti perché in tutte le Americhe non vi sia un singolo animale della taglia di un rinoceronte, di un elefante o d’una giraffa? Eppure le Americhe sono un continente, oppure due, qui dipende molto dai punti di vista, enorme con una grande varietà di paesaggi ed ecosistemi quindi un luogo ideale per permettere lo sviluppo di una vasta gamma di forme di vita tra cui anche animali molto grandi. Perché in Africa sì e in America no?

La causa è da ricercarsi molto probabilmente proprio nell’ingresso di una specie africana completamente nuova e vorace che, con la sua comparsa nel continente ha cambiato gli equilibri e il futuro di quella enorme massa di terra emersa: l’uomo.

Entrato nel continente americano a seguito di un lento processo di migrazione avvenuto attraverso lo stretto di Bering, estremità orientale della Siberia, durante un periodo in cui il livello dei mari era più basso di ora e quindi portava alla creazione di un ponte di terra che univa l’Asia alle Americhe, in qualche migliaio di anni si diffuse in tutto il continente arrivando sino alla Terra del Fuoco, estremità meridionale dell’america del Sud. Durante questa lunga avventura gli uomini del tempo, che avevano un bagaglio di esperienze sia nella caccia che nella raccolta maturato in migliaia di anni di pratica tra l’Africa e l’Asia, si dedicarono chiaramente a reperire cibo e risorse che in quella terra completamente nuova e inesplorata certo non mancavano. Per di più alcune di queste risorse, gli animali di taglia maggiore del periodo, animali come i mammuth, erano davvero facili da catturare visto che non erano abituati ad essere cacciati come l’uomo faceva. In pratica, in un paio di migliaia di anni la megafauna nord americana era scomparsa per sempre dalla faccia della Terra. E questo è solo il primo esempio di un processo che dura da centinaia di migliaia di anni. Si noti come l’evento si sia ripetuto in modo pressoché analogo con il bisonte americano durante l’invasione del west da parte dei coloni europei e del loro uso delle armi da fuoco.

Il problema della perdita della biodiversità è quindi collegato all’esistenza e alla diffusione del genere umano sul pianeta proprio come nel suo piccolo una specie esotica fa in un ambiente nuovo. La specie esotica introdotta in un ambiente a lei favorevole ha un periodo iniziale di boom demografico per poi decrescere a causa, ad esempio, dell’azione di parassiti cui la fauna originale era adattata. Per l’uomo ciò non è più valido a causa dell’avvento della medicina e dei vaccini. In aggiunta a ciò poi c’è un ulteriore aggravante che porta l’animale uomo ad esser così invasivo – distruttivo sulla biodiversità: la capacità di agire sull’ambiente modificandolo a suo piacimento ed in modo pressoché permanente.

Qui si entra in un discorso ancora più complesso e approfondito ma che trova alla base il punto centrale di tutta la faccenda “perdita della biodiversità”, cioé l’antropocentrismo orientato al mondo naturale in pratica l’idea che noi, essendo uomini e quindi massimo esempio di evoluzione biologica, abbiamo il diritto di poter piegare la natura al nostro volere e giudizio.

Quando si parla di perdita della biodiversità la mente vola alla deforestazione, ma è sufficiente guardare l’interno di un frigo o un allevamento di animali per vedere lo stesso fenomeno verificarsi anche se in modo meno “cruento”.

Uno dei grossi problemi che coinvolgono la relazione uomo-natura è la produzione di cibo. Mediante l’agricoltura, nata in modo indipendente in diverse parti del mondo a partire da 10 mila anni fa, l’uomo incominciò a risolvere parzialmente il problema cibo assicurandosi una piccola riserva più o meno costante di alimenti con cui integrare la propria dieta. Da questo punto molti ritengono che si possa collocare l’origine della civiltà come noi la intendiamo e sempre da qui, probabilmente ha preso il via il processo di perdita della biodiversità in modo sistematico. Agendo dapprima come un selezionatore casuale poi, via via perfezionandosi sempre più, l’uomo ha cominciato ad agire su diverse specie di organismi vegetali e animali plasmandole a sua utilità. Agendo in questo modo l’uomo ha ottenuto senza dubbio una sequenza di risultati davvero favorevoli per sé. Animali più grandi, che producevano di più, frutta e verdura sempre più grosse e nutrienti gli hanno permesso di vivere più a lungo, dotarsi di strumenti sempre migliori e commerciare con i vicini. Tutto questo però a scapito della variabilità genetica e della biodiversità secondo un processo di convergenza il cui fine ultimo era l’utilita-inutilità di un determinato carattere prima, specie dopo.

Riducendo la variabilità genetica delle specie ad uso, come possono ad esempio essere i bovini, l’uomo si è perciò comportato da fattore selettivo provocando così la perdita di un’ampia fetta di caratteri genetici e indebolendo le specie su cui andava ad agire e che ora pagano questa forte selezione trovandosi ad essere più fragili e deboli della norma. Esempio principe di questo fenomeno sono le razze canine.

In 10 mila anni di selezione nata, si pensa, a partire dal lupo, gli allevatori hanno creato un’enorme varietà di razze, di varianti della stessa specie con caratteristiche estetiche talmente diverse l’una dall’altra da lasciare abbastanza sorpresi. E’ sufficiente pensare al bassotto, al chihuhua e all’alano, tre esponenti completamente diversi della stessa specie e che ora pagano lo scotto della “purezza” del loro patrimonio genetico visto che il primo è soggetto a problemi vertebrali causa l’innaturale curvatura cui la schiena va incontro a seguito dell’abnorme lunghezza del corpo; il secondo invece ha problemi di termoregolazione causa le troppo ridotte dimensioni corporee; mentre il terzo soffre già in giovane età di pesanti problemi articolari. Se poi si metton a confronto queste tre razze canine con alcuni canidi come lo sciacallo, il lupo o il coyote, è chiaro come si siano messe le cose.

La cosa però non riguarda solo l’ambito animale ma anche quello vegetale dove si è andata riducendo drasticamente la varietà di piante utilizzate a scopo alimentare.

5000 mila anni fa i circa 5 milioni di individui che abitavano la Terra, più di 100 volte meno di quanti ora siamo, si nutrivano utilizzando 5000 piante diverse; oggi circa 6 miliardi d’individui utilizzano meno di 150 piante, di cui 9 sono responsabili del 75% dell’alimentazione.

Il problema della selezione genetica su base di utilità o inutilità ha poi un’altra pesante ricaduta, quella della salvaguardia. E’ cosa abbastanza comune sentire dire che è importante proteggere la biodiversità perché delle migliaia di animali e piante che ancora non conosciamo ce ne potrebbero essere alcuni che potrebbero dare all’uomo sostanze veramente utili. Quindi la foresta tropicale, i fondali marini, i deserti, diventano una sorta di assicurazione sulla vita. Se non si distruggono le specie che li abitano in futuro le si potrà sfruttare favorevolmente quando verrà il momento o, molto più semplicemente, quando saranno scoperte. In pratica il concetto cambia di nome ma non di sostanza: proteggo perché in futuro mi sarà utile. Questo però non fa altro che legittimare ulteriormente la perdita della biodiversità, quantomeno a livello etico, perché non è altro che il ripetersi di quanto fatto da sempre dall’uomo. In aggiunta poi questo crea un secondo problema, cosa fare delle specie non utili?

La biodiversità ha senza dubbio un significato maggiore della semplice applicazione delle biotecnologie animali e vegetali. E’ la storia vivente del pianeta a partire dall’ultima glaciazione. Una storia fatta di una processo di selezione continuo, costante e spietato, orientato a far sopravvivere il più forte secondo canoni realmente utili. Perdere biodiversità, eliminare o tutelare la forme di vita in base alla lora utilità per noi è come riassumere un grosso romanzo privilegiando solo le parti che ci hanno interessato di più a scapito delle altre. Il romanzo perderà così di senso e significato ed il suo potenziale sarà sminuito fino a diventare una debole versione impoverita dell’originale.

Il concetto di salvaguardia della biodiversità dev’essere perciò un’applicazione pratica di un’idea ancora più grande e che come protagonista ha l’uomo, quella dello sviluppo sostenibile. Solo in questo modo preservare gli ambienti e chi li abita dalla distruzione indiscriminata avrà senso perché altrimenti non sarà altro che riempirsi nuovamente la bocca di tante e belle parole per poi però, nel profondo, portare avanti lo stesso concetto di un tempo cioé che tutto il creato esista solo per essere utile all’uomo. Nulla di più assurdo dato che l’uomo stesso è parte di questo mondo e nulla ha di più o di meno di qualunque altra specie esistente soprattutto riguardo al diritto di esistere.

Tags: , , , ,

I post della categoria fessura sinaptica sono stati finora dedicati alla segnalazione di conferenze, a problemi tecnici e a festeggiare tappe importanti dell’avventura di BdL. Oggi, da condividere con i lettori che ci seguono e con i curiosi, ci sono due importanti e incoraggianti novità.

La prima è che stiamo costruendo una collaborazione con un blog interessante e nel nostro stesso spirito che invito tutti a visitare: si tratta di Donna o Tigre?. Ci saranno, così, più post, più varietà di argomenti e più possibilità di ispirazioni e confronti a cui siete, come al solito, tutti invitati a partecipare attraverso i commenti (e via mail e facebook, ovviamente!).

L’altra notizia potete anche averla intuita, vista la comparsa del widget di Liquida sulla nostra pagina: siamo infatti stati selezionati da questo portale, che si occupa di diffondere e valorizzare i contenuti dei blog italiani considerati una voce del web.

E’ una bella soddisfazione e speriamo che ci permetta di proseguire in questa avventura con ancora più entusiasmo! Grazie a tutti!

Tags: , , ,

Molto probabilmente, se capitate da queste parti, avrete sentito parlare di Metodi Monte Carlo o di sequenze pseudorandom. Nel mio caso si è trattato di un incontro fortuito quando studiavo ancora al primo anno delle superiori (se non addirittura in terza media): la sensazione fu di perplessità (anzi, di buio totale): cosa diavolo potevano avere a che fare dei numeri random con la sicurezza informatica? E soprattutto come mai un capitolone di più di 50 pagine di un libro su questo argomento veniva dedicato a come creare numeri casuali? La risposta, o meglio le risposte, sono arrivate piano piano, con il proseguire degli studi e forse è il momento di mettere un po’ in ordine le idee.

Anzitutto, perchè generare numeri casuali? La domanda è già di per se formulata male: i numeri infatti non sono casuali: può essere casuale una loro sequenza, tuttavia per comodità si utilizza, anche in testi tecnici questa espressione. Numeri casuali o numeri random: non sembrano nulla di complicato, si tratta di sequenze di numeri non correlati fra di loro. Si possono costruire abbastanza facilmente: basta lanciare un dado, far girare una roulette o tirare una moneta. Intuitivamente si potrebbe pensare di farlo anche a mente, inventando numeri a caso: in merito a questa possibilità vi sono studi contrastanti. Alcune ricerche, sicuramente meno aggiornate, sostengono l’ipotesi che non siamo veramente in grado di generare sequenze di numeri casuali: compaiono una serie di pattern abbastanza naif tra cui una netta predominanza di numeri dispari e l’assoluta assenza di numeri consecutivi (che nelle sequenze veramente casuali compaiono, seppur raramente). Altri studi più recenti, ma meno confermati, sembrano dar credito all’idea opposta: i numeri generati a ruota libera dai campioni di persone studiati hanno superato tutti i test di casualità (in seguito vedremo di cosa si tratta).

da sinistra: Stan Ulam, Richard Feynman e John Von Neumann

In ogni caso, di fronte alle esigenze pratiche, l’obiettivo è quello di far produrre ad un computer sequenze di numeri casuali, così da avere sequenze molto grandi. E la domanda da un milione di dollari è: perchè?

Le applicazioni sono in realtà talmente tante che non so da dove cominciare. Tra i primi ad avere l’idea di utilizzare numeri casuali per ricerche scientifiche troviamo Enrico Fermi, uno dei più illustri fisici italiani,  nel 1930 che pensò di usarli  per simulare fenomeni nucleari, in particolare la diffusione casuale di neutroni. (In effetti,uno dei migliori generatori di numeri random è un campione di un materiale che decade, perciò non c’è da stupirsi che le sequenze casuali trovino applicazioni in fisica nucleare e subnucleare!) Sempre in ambito nucleare se ne occuparono John Von Neumann e Stanislaw Ulam, nei laboratori di Los Alamos. In generale in ambito scientifico, i metodi Monte Carlo (il nome deriva dalla denominazione in codice utilizzata durante il Progetto Manhattan) vengono utilizzati per simulare un fenomeno fisico (ad esempio il comportamento delle molecole in un gas, il comportamento del traffico su una strada, etc…), ma anche per confrontare i dati di una misura e le conclusioni da essi tratte con dei dati casuali (effettuando in questo modo un test denominato proprio Metodo Monte Carlo).

Le applicazioni non si fermano qui: la generazione di numeri casuali può essere utilizzata anche per il calcolo di integrali definiti, spesso multidimensionali ,(si veda l’esempio nella figura), ma anche per la grafica computerizzata, la crittografia (le chiavi dovrebbero essere il più casuale possibile in modo che sia molto difficle riprodurle), le analisi di borsa, le simulazioni dei giochi d’azzardo,etc…

Ecco un esempio di integrazione con Metodo Monte Carlo per calcolare il valore di pi. Si estraggono n coppie di numeri casuali all'interno del quadrato e si calcola il rapporto tra i punti interni alla circonferenza e quelli totali. Tramite questo rapporto si può calcolare facilmente il valore di pi.

In questo grafico si può vedere come il valore del rapporto tra i punti interni e quelli totali converga al crescere del numero di prove

In tutti questi ambiti le sequenze è bene che siano molto lunghe in modo da poter fare simulazioni più corpose e analisi più affidabili: per questa ragione utilizzare un calcolatore è l’ideale. E qui sorge un grosso problema: il computer è una macchina che esegue istruzioni codificate, come è possibile che generi numeri casuali? Effettivamente, nel caso di sequenze che vengono prodotte da un computer si parla di numeri pseudo-casuali o pseudo-random. Tali sequenze vengono generate da algoritmi i cui risultati, però, riescono a superare una serie di test che verificano, ad esempio, che i numeri generati all’interno della stessa sequenza non siano tra loro correlati. Di questo tipo di algoritmi ne sono stati proposti molti: uno dei primi è il Middle Square (proposto da Von Neumann nel 1946), il quale è piuttosto semplice e si presta bene per fare un esempio.

Middle Square, come tutti i generatori di numeri pseudo-random che conosco, richiede all’utente di inserire un seed, vale a dire un numero da cui partire per il calcolo. Di questo numero (il primo della sequenza) di, supponiamo, 6 cifre, computa il quadrato e il termine successivo della sequenza è rappresentato dalle 6 cifre centrali del quadrato calcolato. E così via…Non è nulla di complicato da descrivere, ma non è un buon algoritmo (perlomeno non lo è più) in quanto è possibile entrare in loop periodici e per essere vagamente valido il numero di cifre che deve avere ogni numero deve essere piuttosto alto.

I metodi più noti sono quelli appartenenti alla categoria dei metodi lineari congruenti (proposti da Lehmer nel 1948) abbreviati LCG. Questi metodi richiedono un seed per costruire una sequenza secondo questa regola:

xn+1 = (a xn + c) mod m,  n≥0,

Dove a, c ed m sono numeri interi. Il problema di questo metodo consiste nel fatto che la scelta dei parametri è cruciale ed è molto difficile prevedere quali siano le conseguenze della scelta di un particolare set di parametri. E’ stato inoltre dimostrato che si presentano particolari correlazioni: in particolare tutti i numeri di una sequenza tendono a disporsi su iperpiano di dimensione collegata alla scelta di m. In realtà questo tipo di generatori viene comunque utilizzato, ma non per simulazioni di esperimenti fisici o per applicazioni crittografiche (proprio a causa di queste correlazioni).

In questa animazione è rappresentata la generazione di numeri casuali con un algoritmo di tipo LCG. Si può osservare che all'aumentare dei numeri generati questi tendono a disporsi su un piano.

Ma allora cosa si utilizza per le simulazioni di esperimenti? In realtà ogni framework di analisi dati ha fatto le sue scelte (e spesso ne offrono all’utente anche più di una). Tuttavia al momento lo strumento migliore a disposizione di chi vuole generare numeri casuali è l’algoritmo Mersenne Twister presentato nel 1997 da M. Matsumoto and T. Nishimura il quale consiste in una variante dei generatori LCG, ma che non presenta la criticità legata alla disposizione su iperpiani e ha superato tutti i più severi test di casualità.

Tags: , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Purtroppo a causa di alcuni problemi tecnici sono andati perduti i commenti relativi ai post successivi al 31 Luglio 2010. Ci scusiamo per il disagio con tutti i lettori e con chi ha scritto e risposto ai commenti. Un ringraziamento è per hronir che ha segnalato per primo un problema con i commenti degli ultimi post: l’invito è quello di fare come lui…scriveteci cioè su facebook o via email segnalandoci problemi di questo tipo e non.

« Older entries § Newer entries »