Questo post è inserito nel contesto de Il Carnevale della Biodiversità che è ormai giunto alla terza edizione, con il grande entusiasmo dei blogger che vi partecipano.  L’argomento di questa terza edizione è Le dimensioni contano e la nostra interpretazione ha rappresentato cercare dove le dimensioni non contano, ovvero cosa rimane costante nella varietà della vita. Gli altri blog partecipanti hanno fornito altri contributi molto molto interessanti i cui riferimenti possono essere trovati qui.

Physicists tend to look for universals and invariants whereas biologists often get preoccupied with all the variantsions in nature.

-  Jim Brown,  biologo dell’Università nel Nuovo Messico

Solo con la parola meraviglia si può descrivere ciò che si prova di fronte alla varietà delle forme di vita che conosciamo, alle sue mille sfaccettature, alle forme e alle dimensioni che spaziano dai ricci di mare, alle sequoie, agli insetti e alle diatomee. Ulteriore meraviglia deriva dalla scoperta che tutti questi organismi così diversi hanno relazioni molto più strette di quanto un primo impatto possa suggerire.

In particolare, in questo post tratteremo il risultato di una collaborazione per certi aspetti curiosa tra due biologi , Jim Brown e Brian Enquist, ed un fisico, Geoffrey West, i quali alla fine degli anni ’90 hanno cercato di spiegare come diverse  caratteristiche degli organismi viventi come il numero di battiti cardiaci, le dimensioni del cervello e dei muscoli, etc  cambino al variare delle dimensioni degli organismi stessi.

Il risultato, per certi aspetti tutt’ora controverso, è una delle poche leggi della biologia, che di fronte alla complessità e alla varietà degli organismi studiati,  suggerisce una sorta di regola generale e piuttosto semplice.  Il modo migliore per arrivare a questo tipo di leggi di scala consiste nel concentrarsi su qualche esempio.

Tutti sappiamo che tendenzialmente gli animali più grandi sono dotati di un cervello di dimensioni maggiori. E’ interessante però anche chiedersi come cambino le masse medie del cervello per animali di diversa massa e vedere se esiste qualche proporzione. Il risultato di quest’analisi è il grafico riportato.

In questo grafico a dispersione con assi logaritmici sono riportate in ascissa le masse degli animali rappresentati e in ordinata quelle dei loro cervelli

Per comodità in questo tipo di studi si utilizzano quasi sempre grafici in scala logaritmica per diversi motivi. Anzitutto occorre osservare che se mantenessimo una scala lineare il grafico non sarebbe così immediato da capire perchè i punti sarebbero molto più dispersi. Inoltre siccome ad ogni “tacca” corrisponde una moltiplicazione per 10 la scala logaritmica risulta funzionale per fare confronti tra diversi animali. Infine, se utilizzassimo la scala lineare il risultato sarebbe una curva che è tendenzialmente di più difficile interpretazione. In questi esempi utilizzando la scala logaritmica otteniamo quasi sempre dei dati che possono essere interpolati con una retta i cui parametri sono molto più semplici da studiare.  Anzi, in realtà il parametro da studiare è soltanto uno: il coefficiente angolare della retta in questione. I casi che possiamo ipotizzare sono diversi:

1) possiamo pensare che la pendenza della retta sia 1. Ciò significa che se le dimensioni (in questo caso la massa) dell’organismo raddoppiano anche le dimensioni del cervello raddoppieranno.

2) in alternativa potremmo pensare che il rapporto sia di 2/3. Il motivo è sottile. Il ragionamento è di natura dimensionale: qualsiasi sia la forma dell’organismo in questione facendo variare le sue dimensioni, la sua massa, proporzionale al suo volume varierà con la terza potenza. Le dimensioni del cervello invece si potrebbe pensare che siano proporzionali alla superficie dell’organismo in questione (perchè con l’aumentare della superficie aumentano ad esempio le cellule sensibili all’interazione con l’esterno, ovvero quelle che inviano segnali da elaborare al cervello). Per tale motivo si potrebbe pensare che, aumentando con la terza potenza delle dimensioni la massa dell’organismo e con la seconda quella del cervello il coefficiente angolare della retta sia 2/3.

Questo tipo di ragionamento può essere fatto non solo per le dimensioni di qualsiasi organo, ma anche per altre grandezze, come il numero di battiti cardiaci, la durata della vita, etc… Ciò che è interessante è che per la stragrande maggior parte di questi esempi, cervello compreso, il legame con la pendenza è sempre lo stesso. Nel nostro esempio la pendenza non si rivela infatti essere 1 e nemmeno 2/3 , bensì un numero compreso tra i due pari a 3/4.

Questo numero compare anche in altri tipi di studio, in particolare è oggett della cosiddetta legge di Kleiber che mette in relazione la massa di un organismo con l’inverso del suo rate metabolico (utilizzando come sempre la scala logaritmica). Ovviamente questo tipo di legge contiene al suo interno piccole variazioni, ad esempio tra organismi a sangue caldo, organismi a sangue freddo e unicellulari, ma pur con queste piccole differenze si applica a tutti gli animali e ai batteri (e con opportune modifiche anche ai vegetali).

In questo grafico si può vedere, in scala logaritmica, la relazione tra dimensioni di un organismo e il suo tasso metabolico.

Il motivo per cui la pendenza di queste rette è di 3/4 è rimasto piuttosto oscuro fino agli studi di West, Brown ed Enquist, che hanno derivato matematicamente questo risultato.  Il loro studio prende in esame il problema fondamentale  di ogni organismo, ovvero il rifornimento di ossigeno e nutrienti. Diversi organismi lo affrontano in modo differente: un organismo unicellulare (o semplicemente molto piccolo)  non ha grosse difficoltà perchè la maggior parte delle sue cellule è a “contatto con l’esterno” e ciò è legato a un rapporto molto alto tra superficie e volume.  Per un organismo più grande il problema del trasporto è più pressante perchè la maggior parte delle cellule che necessitano di nutrimento e ossigeno si trovano lontano dalle superfici in cui avviene lo scambio.  I risultati dopo millenni di evoluzioni sono diversi:  da dei veri e propri tubi utilizzati dagli insetti al nostro sistema circolatorio, passando per le branchie dei pesci.

Il fatto che il tasso metabolico e le dimensioni di un organismo siano legati da una potenza 3/4 può essere visto da un certo punto di vista come un compromesso tra una relazione lineare (pendenza della retta 1) e la relazione superficie-volume (pendenza 2/3). Questo compromesso è dettato da due caratteristiche principali del problema “dei rifornimenti”.

Per capire il primo immaginiamo di voler “ingrandire” un piccolo mammifero: aumentando le sue dimensioni, aumenteremo il suo numero di cellule, perciò dovremo rendere più efficiente il suo sistema circolatorio. Per fare ciò dovremo, fra il resto, aumentare la superficie dei suoi vasi sanguigni, perciò ci saranno delle cellule in più che oltre ad aumentare questa superficie aumenteranno anche il volume dell’organismo in sè! Quindi una parte del volume della crescita è occupato dal sistema di rifornimento di quelle cellule che hanno determinato l’aumento. In altre parole, se raddoppiamo il numero di cellule che hanno bisogno di essere nutrite e ossigenate il volume di quella che potremmo chiamare rete di distribuzione aumenterà più del doppio perchè serviranno più collegamenti e quei collegamenti occupano un certo volume.

La rete di distribuzione di ossigeno in un gran numero di organismi pluricellulari

L’altra ipotesi che gioca un ruolo importante nel compromesso tra linearità e rapporto superficie-volume  consiste nel considerare che il metodo più efficiente di trasporto (quello associato con meno sprechi) è quello che occupa una frazione fissa del volume totale dell’organismo.  Quest’ipotesi deriva principalmente da osservazioni empiriche: nel caso dei mammiferi  questa frazione è del 6-7%.

Mettere insieme queste due ipotesi dal punto di vista matematico non è semplice, ma partendo da questi due punti (successivamente altri ricercatori hanno utilizzato ipotesi meno restrittive) si può dimostrare che il rapporto di massima efficienza è pari a 3/4 ed è ciò che effettivamente si osserva.

La potenza di questa legge penso che sia evidente: è una legge che vale per organismi molto diversi tra loro ed è nella sua essenza incredibilmente semplice. Nonostante ci siano tutt’ora alcuni critici, questa derivazione è accettata dalla maggior parte degli ecologi e continua ad affascinare per la sua eleganza e generalità.

Per approfondire:

Methabolic Theory of Ecology on Wikipedia. Dalla legge di Kleiber si è sviluppata un’intera branca dell’ecologia.

Power Laws in Biology un articolo interessante sulle leggi di potenza in biologia, descrive molti dettagli da cui si può capire l’importanza di utilizzare la scala logaritmica in questo ambito

Of Mice and Elephants: A Matter of Scale, George Johnson, un’interessante e appassionante introduzione al lavoro di West, Brown ed Enquist

The Ancestor’s Tale, Richard Dawkins, ai temi delle leggi di scala in biologia e alla legge di Kleiber Dawkins dedica ben due racconti (Il racconto dell’homo abilis e del cavolfiore)

Dimensioni e vita, McMahon- Bonner, Una bella raccolta di esempi e problemi che riguardano dimensioni e biologia, non troppo appassionante da leggere, ma molto interessante.

]]> http://www.bottigliedileida.net/2011/04/le-dimensioni-contano-ma-la-scala-di-piu/feed/ 2 http://www.bottigliedileida.net/2010/11/socialita-in-volo/ http://www.bottigliedileida.net/2010/11/socialita-in-volo/#comments Wed, 17 Nov 2010 09:48:37 +0000 Marco http://www.bottigliedileida.net/?p=876 Le grandi masse in movimento possono spesso lasciare sorpresi.

Quello che vedete in questo video è un grandissimo stormo di uccelli che volteggiava tra la stazione di Milano centrale ed il Pirellone.

Come potete vedere, e forse intendere, si tratta di migliaia di animali che, forse spaventati da qualcosa, hanno cominciato a muoversi in sincrono nel cielo di Novembre creando una serie continua di figure.

È stato sorprendente rimanere a fissare per interi minuti questi animali ma soprattutto i milanesi che rimanevano letteralmente a naso in su per minuti interi sorpresi di quello strano spettacolo.

L’effetto dello stormo è forse lo stesso sui predatori. L’utilità infatti del muoversi in grandi gruppi ha proprio questo vantaggio: lascia interdetto, se non addirittura spaventato, chi osserva.

Per un piccolo animale muoversi da solo per il proprio habitat può esser davvero pericoloso, dietro ogni angolo può nascondersi infatti un predatore pronto a scatenare tutta la sua abilità e le sue armi, nonché milioni di anni di evoluzione serrata proprio nel settore della caccia.

Perché allora non muoversi in gruppo?

Il movimento collettivo di più animali porta infatti ad un primo vantaggio, la “diluizione del rischio individuale”. In pratica se cinquanta animali si muovono insieme ognuno di loro avrà 50 volte meno la probabilità di essere catturato da un predatore proprio perché ogni individuo può contare sulla possibilità che ad esser catturato sia un suo vicino e non lui.

In più poi c’è un altro importante fattore: il singolo individuo pur prestando la massima attenzione e circospezione può comunque controllare un minima parte dell’ambiente circostante. Se a controllare invece sono più animali allora si ha una maggiore probabilità di accorgersi prima del pericolo perché ognuno cura una piccola parte di habitat e appena scorge qualcosa scappa dando l’allarme anche agli altri che non stavano guardando dove osservava lui.

Il rischio di essere predati insomma si abbassa stando in gruppo.

C’è poi la questione movimento, quella da cui ho preso spunto per cominciare questo articolo. Quando più animali si muovono insieme lasciano in chi osserva una sensazione di sorpresa e di indecisione: su quale animale punto?

In più poi, e la cosa non è da poco, i gruppi di animali talvolta usano assumere delle forme molto compatte che all’occhio di un predatore possono apparire come minacciose. Se poi si moltiplica il pericolo che comporta la caccia per il numero di prede su cui puntare, bhé il grande numero può essere un valido effetto dissuasore. Avete mai visto uno sciame di api? Io sì e la prima cosa che ho pensato è stata “porcazza, se ci finisco dentro son guai grossi”. Lo stesso può valere per un falco pellegrino o per uno squalo.

L’insieme fa la forza quindi e difatti d’esempi ce ne sono tanti: dalle grandi migrazioni degli gnu, a quelle delle rondini, ai banchi di sardine dell’oceano, sino alle stesse manifestazioni di piazza in cui più è grande il numero dei partecipanti, maggiore sembra esser l’adesione sociale al determinato messaggio. Esempio principe son i cortei dei sindacati cui il giorno dopo corrisponde sempre la solita guerra di cifre tra organizzatori, che tendono al rialzo, e detrattori, che tendono al ribasso.

Tuttavia si potrebbe però fare un’errore pericoloso e potenzialmente letale: pensare che più il gruppo è numeroso meglio è.

In realtà anche la vita di gruppo ha i suoi inconvenienti, e non si parla di cose da poco. La prima, e per certi aspetti la peggiore, è che nel gruppo le malattie hanno un’incidenza molto maggiore.

Prendiamo ad esempio l’animale a noi più conosciuto: noi stessi.

La civiltà umana è una storia affascinante fatta di grandi scoperte, avventure ma anche terribili disastri. A questa voce rispondono senza dubbio anche le epidemie.

Peste, influenza, vaiolo, colera, tifo…sono solo alcuni dei nomi di grandi epidemie del passato e dove più hanno colpito queste? Nelle città. Pensate ad esempio ai “Promessi sposi” di Manzoni, che più o meno tutti sarete stati obbligati a leggere a scuola. La peste dove colpisce? A Milano, una delle più popolose città del periodo e perché? Un miliziano spagnolo ammalato diffonde la malattia ed in breve ecco che Milano si svuota e sui carri le salme si sostituiscono alle merci.

Maggiore è la densità di individui è più facile sarà per un parassita trovare un ospite. Nel caso poi degli insediamenti umani oltre al numero di abitanti c’è poi l’aggravante delle condizioni igieniche e della condivisione degli spazi con gli animali domestici, “fornitori ufficiali” di parassiti da qualche migliaio di anni.

Oltre a questo c’è poi un altro importante fattore negativo: nel gruppo c’è maggiore competizione per riprodursi. Più maschi vogliono dire più lotta per accaparrarsi una femmina ed assicurare al proprio DNA un futuro, per quanto nebuloso possa essere. Più lotta vuole anche dire un maggiore rischio ad esempio di ferirsi o di morire, anche se di solito non si arriva a questo punto.

Ci sono poi due altri fattori molto interessanti da considerare.

Prima di tutto 50 animali sono, di norma, più visibili di un singolo individuo. Con questo voglio dire che certamente in un gruppo si è più al sicuro ma ci si espone anche ad un numero medio di attacchi maggiore. Quindi essere solitari potrebbe poi non esser così pericoloso.

Secondo, se il gruppo è troppo numeroso si viene a creare una situazione di confusione tale da annullare l’effettivo vantaggio della vita di gruppo in termini di allarme. Pensate ad esempio al fatto che la calca è una delle principali cause di morte dei raduni umani e di solito la calca si crea a causa di un concetto confuso di allarme. Qualcosa, non si sa bene cosa, succede. Viene percepita come minaccia. Migliaia di persone si spostano e tra queste, purtroppo, alcune non sopravvivono schiacciate dalla calca.

Non so dirvi se dopo che avrete letto questo articolo guardere in modo diverso lo stormo di uccelli che vola intorno al Pirellone, ma posso dirvi che mentre io lo guardavo lo percepivo non come un’insieme confuso di animali, ma come il prodotto di centinaia di migliaia di anni di evoluzione comportamentale, e non ho potuto che rimanerne affascinato.

Un nautilo fotografato nel mare della Micronesia

Proprio questa sua conchiglia può interessare scienziati e curiosi per diversi motivi: il primo è che si tratta di una struttura di tipo isometrico. Cosa vuol dire? Per capirlo può essere utile studiare come si forma la conchiglia. Il cefalopode la costruisce durante la sua crescita in modo che la forma della camera rimanga sempre uguale pur aumentando di dimensioni. Durante la crescita dell’animale la conchiglia stessa cresce e periodicamente il nautilo sigilla la camera precedente. Il risultato è la serie di scomparti che la rende così particolare.

Sezione della conchiglia di un nautilo

Su questa forma particolare ci sono moltissime osservazioni da fare: ne propongo qualcuna e se ne conoscete altre l’invito è …commentate abbondantemente!

Come accennato in precedenza: è un oggetto che è costruito tramite trasformazioni
lineari (similitudini, o omotetie. Una delle definizioni di omotetia in geometria (e in algebra lineare) la descrive come una corrispondenza biunivoca che preserva le forme. Ora, senza scendere in dettagli algebrici (spazi metrici euclidei e non e altri universi interessantissimi), ciò significa soltanto che la forma è la stessa: le dimensioni in gioco vengono moltiplicate per uno stesso fattore. Non è molto diverso come meccanismo da quello che si fa quando si vuole ingrandire un’immagine: se ingrandite una foto e lo fate bene la forma del soggetto non verrà modificata: si tratta di una trasformazione isometrica. Le camere della conchiglia del nautilo sono il risultato di tante trasformazioni isometriche in sequenza in ognuna delle quali le dimensioni aumentano del 6.3% circa.

Cartesio nel 1638 si era proprio occupato di questa proprietà, ma l’aveva studiata da un altro punto di vista chiamandola spirale equiangolare (ogni retta passante per l’origine la interseca infatti producendo sempre lo stesso angolo) o logaritmica, che si distingue da quella archimedea per il fatto che le distanze fra i bracci aumentano secondo una progressione geometrica mentre in quella archimedea hanno un valore costante.

Più recentemente la proprietà di autosomiglianza ha fatto supporre che questo oggetto (naturale e geometrico) sia una struttura di tipo frattale. Un frattale può essere infatti definito come un oggetto geometrico che si ripete allo stesso modo in scale diverse: è quindi caratterizzato dall’autosomiglianza e dalla ricorsività: proprietà che il nostro mollusco costruendo la sua conchiglia rispetta.

Tuttavia il nautilo non è una struttura matematica, non è soltanto una forma: è un organismo vivente che nasce, si muove, si riproduce e muore nel mondo fisico, in particolare nelle profondità oceaniche. Anche come “piccolo sommergibile” questo animale ha molto da insegnarci: il cefalopode infatti si immerge a grandi profondità usando la propria conchiglia come cassa di immersione. Le camere sigillate (anche se non del tutto, è infatti presente un piccolo foro utilizzato per aumentare o diminuire il galleggiamento aggiungendo o diminuendo gas) sono piene di gas che mantiene una pressione simile a quella atmosferica, qualcosa di simile alle camere di immersione pressurizzate. Negli studi ingegneristici e fluidodinamici fatti per i sommergibili si è osservato che in casse fatte dello stesso materiale e della stessa forma mantengono invariato il carico di rottura a patto che lo spessore delle pareti vari proporzionalmente alle dimensioni della camera.  E se si osserva attentamente lo spessore delle diverse camere della conchiglia del nautilo si nota che lo spessore aumenta proprio in questo modo.

Fossili di ammonite

Dal punto di vista evolutivo è anche molto interessante (anche se qui dovrei lasciar scrivere chi ne sa più di me) ed è considerato un fossile vivente in quanto i fossili indicano che negli ultimi 500 milioni di anni questo animale è cambiato molto poco. I suoi adattamenti all’ambiente, si può quindi pensare, sono stati tali da renderlo un predatore adatto a sopravvivere a molti cambiamenti nell’ecosistema e nelle sue prede (prevalentemente gamberetti). (In realtà vi sono diversi tipi di nautili, ma sono tutti piuttosto simili, per la tassonomia rimando a wikipedia).

Si ringrazia hronir per la tempestiva segnalazione di un errore (grosso)

]]> http://www.bottigliedileida.net/2010/09/il-nautilus-una-struttura-frattale-naturale/feed/ 0 http://www.bottigliedileida.net/2010/07/intervista-con-antonello-provenzale/ http://www.bottigliedileida.net/2010/07/intervista-con-antonello-provenzale/#comments Tue, 20 Jul 2010 08:52:49 +0000 Marco http://www.bottigliedileida.net/?p=704 Buongiorno a tutti, oggi ho il piacere di proporvi una bella intervista con Antonello Provenzale ricercatore dell’ISAC-CNR che da circa trent’anni si occupa studia il clima e l’atmosfera terrestre con diverse pubblicazioni e ricerche di livello internazionale.

Buongiorno professor Provenzale, immagino che avrà seguito con grande interesse gli eventi del meeting di Copenhagen, come considera i risultati raggiunti dall’evento? E si aspettava qualcosa di diverso?

La Conferenza della Convenzione Quadro delle Nazioni Unite sui Cambiamenti Climatici (UNFCCC) è stata ampiamente pubblicizzata come un momento epocale per affrontare la sfida posta dai cambiamenti climatici, con la presenza di un grande numero di partecipanti e di Capi di Stato e di Governo, in rappresentanza dei Paesi responsabili a livello mondiale di una larghissima frazione del PIL, della popolazione e delle emissioni di gas serra. Il risultato raggiunto è stato inferiore alle aspettative, ma credo che rappresenti comunque un passo avanti. La politica internazionale ha seguito la strada che era realistico attendersi: il problema del cambiamento climatico è molto complesso da un punto di vista scientifico, le proiezioni climatiche sono tuttora affette da significativi margini di incertezza e la sfida posta dai cambiamenti climatici mette in gioco interessi diversi e spesso contrastanti. In definitiva implica una ridefinizione del tipo di sviluppo della nostra società, da un modello orientato alla crescita senza limiti ad uno orientato alla sostenibilità. Per questo sarebbe ingenuo pensare che, come d’incanto, tutto si possa risolvere senza contrasti e in pochi giorni.

L’aspetto incoraggiante è che, contrariamente a quanto avvenuto nel recente passato, la politica a livello globale ha preso coscienza del problema climatico e sperabilmente continuerà ad occuparsene. Credo che sia importante l’accresciuta attenzione per il ruolo degli aerosol (polveri sottili), specialmente quelli carboniosi, responsabili di una parte non trascurabile del riscaldamento in atto. Politiche di abbattimento delle emissioni di aerosol carboniosi possono avere effetti positivi sia sulla qualità dell’aria (e quindi sulla salute) che sul contenimento temporaneo dell’aumento di temperatura, e sono forse meno complesse da mettere in atto rispetto alla riduzione delle emissioni di gas serra.

Uno degli argomenti che ha fatto più scalpore al summit è stato quello del climate gate, lo scandalo, o presunto tale, dei consigli che diversi climatologi si scambiavano su come rendere più drammatici i risultati delle loro ricerche in ambito climatico “truccandone” i risultati. Che ne pensa lei, che della comunità scientifica fa parte, di questa faccenda? Una manovra politica per screditare il sistema oppure un’abitudine poco lodevole di qualche scienziato poco onesto?

La vicenda dei “messaggi rubati” dal centro inglese è decisamente spiacevole, anche se credo che in definitiva i casi di manipolazione dei dati siano stati estremamente limitati. Personalmente, ho trovato anche molto tristi i messaggi in cui la dialettica scientifica lascia il posto all’insulto e all’astio personale. Questa storia mostra chiaramente il livello di scontro e di tensione raggiunto da alcuni ricercatori, sottoposti spesso ad estenuanti tour de force da parte di “scettici del clima” di professione, addestrati a svolgere un ruolo da disturbatori e guastatori. Con questo, le eventuali manipolazioni non sono giustificabili a nessun livello e per nessun motivo e i responsabili ne stanno pagando le conseguenze. Secondo me, il risultato peggiore di tutto ciò è aver dato l’impressione, spesso esagerata ad arte da alcuni media, che la ricerca scientifica non sia altro che un gioco delle parti di tipo politico. L’errore grave commesso da alcuni ricercatori esasperati non deve diventare una scusa per buttare a mare le importanti e oggettive indicazioni che ci sono fornite dalle attività di ricerca scientifica.

Ma alla luce di quanto accaduto secondo lei le stime fatte dall’IPCC riguardo gli scenari correlati all’incremento delle temperature devono esser rivalutate o restano comunque affidabili e credibili?

Il quadro generale del riscaldamento globale è sostenuto da talmente tante evidenze sperimentali ed empiriche che risulta affidabile “al di là di ogni ragionevole dubbio”. Basti pensare alla fusione dei ghiacciai montani, all’aumento in tutte le regioni del mondo dell’acqua di fusione, alla riduzione del ghiaccio marino e delle calotte glaciali artiche, all’aumento del livello marino e a tutti gli altri dati sperimentali che confermano il riscaldamento in corso. Non credo che nessun ricercatore possa mettere in dubbio il sostanziale riscaldamento avvenuto negli ultimi cento anni. Diverso è il discorso su alcuni aspetti e risultati specifici, che in alcuni casi l’IPCC ha riportato in modo errato – basti pensare alla previsione della data di sparizione dei ghiacciai Himalayani. Mentre il quadro generale è chiaro, le sue implicazioni specifiche sono, in alcuni casi, ancora affette da significativi margini di incertezza.

Conoscerà sicuramente B. Lomborg, lo statistico danese che è forse la voce più importante tra i detrattori di Kyoto e che propone di dirottare le risorse economiche destinate a Kyoto a settori come la ricerca su tecnologie a bassa emissione, e di passare dall’idea di contrastare il riscaldamento globale a quella di adattarvisi, cosa ne pensa? Sono suggerimenti accettabili e intelligenti o solo “fumo negli occhi”?

L’adattamento è assolutamente necessario. Anche se dovessimo interrompere subito le emissioni di gas serra e aerosol (cosa abbastanza impensabile), l’inerzia del sistema climatico è tale che la temperatura continuerebbe comunque a crescere. Quindi, l’adattamento a condizioni più calde è fondamentale. Ma l’adattamento non basta: oltre un certo limite di aumento di temperatura (indicativamente posto a 2 °C in più rispetto all’epoca pre-industriale, ovvero circa 1.2 °C rispetto ad oggi), i costi dell’adattamento diventano così alti da rischiare di essere insostenibili, e comunque tendono a diventare maggiori dei costi delle strategie di mitigazione basate sulla riduzione di emissioni di aerosol e gas serra.

Ma davvero, come molti pensano, il riscaldamento globale è il più importante problema per l’umanità? Non ci sono problematiche di maggiore priorità e di più facile soluzione come l’eradicazione di malattie come malaria e tubercolosi che ogni anno provocano centinaia di migliaia di morti, oppure la crisi idrica di molti paesi che oltre a rendere insostenibili le condizioni di vita ne blocca alla base ogni possibile sviluppo? Non le sembra che il riscaldamento globale sia visto quasi alla stregua di una soluzione finale per tutti i mali del mondo?

Dipende dalla prospettiva. Per un rifugiato in un campo profughi, il cambiamento climatico non è così importante. Ma se l’aumento del livello del mare rischia di rendere inabitabili alcune isole, per gli abitanti di quei posti il problema è serio. Inoltre, un aumento delle temperature è probabilmente causa di una maggiore espansione di malattie e di condizioni di potenziale siccità in ampie aree della Terra. Un inaridimento severo del Nord Africa avrebbe conseguenze disastrose sull’Africa e sull’Europa, con migrazioni di massa e innesco di instabilità sociali… Naturalmente, non tutte le conseguenze sono negative: inverni più miti alle medie latitudini comportano una minore incidenza di malattie cardiovascolari. Ma anche una maggiore sopravvivenza di parassiti durante l’inverno. E se gli inverni sono più miti, anche le estati sono probabilmente più calde. Per esempio, le proiezioni dei modelli climatici indicano che in uno scenario di riscaldamento globale ci si deve aspettare una probabilità molto maggiore di estati siccitose (come nel 2003) in Francia e in Italia del nord.

Il riscaldamento globale non è l’unico problema che dobbiamo affrontare, e certamente la mitigazione del riscaldamento globale non è la soluzione di tutti i mali e non deve diventare un alibi per non affrontare gli altri problemi, anche ambientali, che incombono. Tuttavia, l’aumento delle temperature in molti casi peggiora anche gli altri aspetti, e quindi è un problema che va affrontato. E’ la prima volta che l’umanità compie un esperimento di modifica ambientale a scala globale, e non è detto che il risultato sia un’ambiente più piacevole per la nostra sopravvivenza.

Un ultima domanda: una delle obiezioni più forti mosse a tutta la teoria del riscaldamento globale è che il clima non sia costante nel tempo. Non pensa che tutti gli scenari sulle conseguenze del riscaldamento globale siano orientati ad un catastrofismo forzato? Se nel passato, con società molto meno evolute a livello tecnologico, l’umanità è sopravvissuta, perché dovrebbe andare crisi proprio ora?

Il clima della Terra varia di continuo, ed è sempre variato. Negli ultimi 200 anni, oltre alle cause naturali si è aggiunto l’aumento dei gas serra atmosferici, in seguito alle attività umane legate all’industrializzazione, al massiccio uso di combustibili fossili e al rapido aumento della popolazione. L’effetto diretto, radiativo, dei gas serra è facilmente calcolabile. Più difficile invece è quantificare gli effetti dei meccanismi di amplificazione innescati dall’aumento della temperatura (per esempio, l’aumento della concentrazione di vapor d’acqua e le modifiche nella copertura nuvolosa e nella risposta della vegetazione). Si ritiene che il riscaldamento in atto oggi sia un fenomeno nuovo rispetto a quanto avvenuto nell’ultimo migliaio di anni, e forse anche più. Il Medioevo è stato un periodo caldo, ma la maggior parte dei ricercatori concorda sul fatto che le temperature siano state comunque inferiori rispetto a quelle odierne, e che il cosiddetto “optimum” medioevale sia stato un evento circoscritto ad un’area geografica, come lo fu anche la piccola era glaciale fra il 1650 e il 1850 circa.

Certamente 60 milioni di anni fa la Terra era molto più calda di quanto lo sia adesso, ma allora non c’erano nè gli esseri umani nè la loro civiltà complessa. Pochi esseri umani con vita nomadica possono sopravvivere a forti cambiamenti climatici (siamo passati attraverso l’ultimo periodo glaciale e la deglaciazione, per esempio), ma una civiltà complessa e caratterizzata da grandi infrastrutture fisse (città, industrie, agricoltura, confini nazionali…) è molto meno resistente al cambiamento di una tribù di cacciatori-raccoglitori. Oggi, un innalzamento della temperatura media della superficie terrestre di qualche grado non segnerebbe certamente la fine del mondo, e neppure quello della specie umana. Tuttavia, potrebbe innescare fenomeni di carestie, migrazioni di massa, guerre e altre calamità che renderebbero il mondo un posto assai diverso di come lo conosciamo adesso, almeno in occidente.

Va anche ricordato che i grandi organismi internazionali pubblici (per esempio, l’ONU e le sue varie oranizzazioni) e privati (per esempio, le compagnie di ri-assicurazione), e i governi più lungimiranti stanno sviluppando strategie per affrontare i disagi e i problemi che si potranno manifestare nel caso di riscaldamento globale severo, quali, appunto, le ondate di migranti attese dai paesi colpiti da siccità e carestie e l’aumento dei rischi legati a fenomeni meteorologici divenuti più intensi. Il catastrofismo è sempre da evitare (e concordo che talvolta alcuni climatologi si sono lasciati trasportare verso la drammatizzazione), ma è anche necessario evitare l’incoscienza e la superficialità del vivere alla giornata.

Oggi, è anche in gioco il diritto degli esseri umani (di tutti gli esseri umani) a vivere in condizioni dignitose. Le proiezioni indicano che molto probabilmente il riscaldamento globale colpirà in modo particolarmente severo quei paesi che già oggi sono più poveri e più esposti alla violenza degli uragani e delle siccità, con infrastrutture più fragili. La sfida, oggi, è saper utilizzare il problema posto dal riscaldamento globale come motore di sviluppo equo, di evoluzione della tecnologia, della società e dei meccanismi produttivi, non certo come scusa per chiudersi in un millenarismo catastrofista.

Antonello Provenzale

QUEST on KQED Public Media.

]]> http://www.bottigliedileida.net/2010/06/bellezze-oceaniche/feed/ 3 http://www.bottigliedileida.net/2010/05/65-m-a-di-cambiamenti/ http://www.bottigliedileida.net/2010/05/65-m-a-di-cambiamenti/#comments Fri, 14 May 2010 10:06:08 +0000 Marco http://www.bottigliedileida.net/?p=587 Com’è cambiato il pianeta da quando 65 m.a. di anni fa un bel meteorite mise la parola fine sul regno di dinosauri?

Il boom della vita dopo la grande estinzione, “piccoli mammiferi crescono”, la “nascita” dell’Homo e dopo qualche milione di anni le prime civiltà, storia antica e storia moderna con le grandi scoperte ed i grandi drammi fino ad oggi, fino al tema scientifico più d’attualità: il riscaldamento globale…

65 milioni di anni e più in questo video…

65 m.a. di cambiamenti

Il controllo, in biologia soprattutto, è un must per chi vuole avere dei dati sperimentali validi e pubblicabili. Sempre e comunque, in tutti gli esperimenti, non bisogna mai limitarsi alle singole prove, ma queste devono essere confermate da prove ulteriori; altrimenti è impossibile nel vero senso della parola affermare che l’evento B è causato dal fattore A, perché assieme ad A ci sono contemporaneamente n fattori che potrebbero in qualche modo influire sull’evento che state studiando e senza che ve ne accorgiate avere dei risultati completamente falsati. Bisogna isolare dal “rumore di fondo” l’evento che si vuole studiare. Proprio questo è il significato di controllo: controllare che B sia dato da A e che A dia B (anche se spesso in biologia A causa B e B a sua volta agisce su A, quindi non è proprio lineare il rapporto causa effetto)

Abbiamo una provetta con dentro del DNA qualsiasi e dobbiamo utilizzare degli enzimi di restrizione (ne ho già parlato qui) per ottenere N frammenti. Non possiamo limitarci a fare solo la reazione di taglio, perché dobbiamo essere certi che il taglio del DNA sia solo ed esclusivamente opera del mio enzima, e non un taglio casuale. Come facciamo a verificarlo? La logica qui è semplice, dobbiamo verificare che il DNA senza enzimi rimanga intero, quindi facciamo “reagire” il DNA da solo. Questa procedura è un controllo negativo, perché mi deve dare un risultato negativo (ovvero non devo vedere nessun effetto). Quindi l’evento B (taglio del DNA) è stato causato solo dall’evento A (reazione enzimatica). Se qualcuno di voi si è chiesto o si sta chiedendo se non sia il caso di verificare che l’evento A si sia svolto correttamente, perché può capitare ad esempio che l’enzima non sia più funzionante o lavori con efficienza minore di quella voluta, gli faccio i miei complimenti. Questa è la logica del controllo positivo! Il controllo positivo è una prova sperimentale a tutti gi effetti, e mi aspetto di vedere un risultato che mi confermi che A lavori come dovuto; in questo caso allestisco una reazione dai risultati noti (in questo caso l’enzima con una sequenza di DNA nota) in modo da vedere se l’enzima tagli correttamente.
Il concetto di controllo si può applicare ovunque, e devono essere sempre presenti ogniqualvolta si svolge un esperimento.

Se vogliamo controllare se un fattore di crescita (Growth Factor) funziona su una popolazione cellulare, oltre a preparare una piastra in cui aggiungo il fattore di crescita, devo tenerne una in cui non lo aggiungo e vedere la differenza.

Se vogliamo verificare che una proteina cellulare A interagisca con un’altra proteina B, sempre della cellula dovremo sempre andare a fare il controllo di A per B e B per A per esserne completamente certi.

Sempre, quando trattiamo con strutture così complesse come un organismo o anche solo parti di esso dobbiamo tenere a mente queste cose. Molte volte sono più i punti di controllo che le effettive prove sperimentali, e spesso, in diversi articoli pubblicati ci si accorge che mancano dei controlli che invece ci sarebbero dovuti essere. Questo per dire che anche i migliori sbagliano!

Se avete domande o chiarimenti o correzioni scrivete nei commenti!!

A presto