L’uccello “bruco”

100_2876 ma erntraygue patawaLaniocerahypopyrra_SylvainUriot_1860Cats-Hill-seasonal-forest-Trinidad-forest-birds-environment-Megalopygidae-spIl mimetismo “Batesiano”, proposto nel 1863 dal naturalista britannico Henry Walter Bates, prevede che una specie animale evolva una somiglianza morfologica con una specie tossica o pericolosa presente nel suo stesso habitat, così da indurre il predatore in errore e ridurre il rischio di essere predati. In un recente studio pubblicato dalla rivista The American Naturalist, gli autori descrivono un probabile caso di mimetismo “Batesiano” nei nidiacei di Laniocera hypopyrra, un piccolo passeriforme Tropicale particolarmente esposto a predatori, supportando la precedente ipotesi di D’Horta e collaboratori. Mentre l’adulto di Laniocera hypopyrra presenta una colorazione del piumaggio di un grigio scuro, i nidiacei sono colorati di un bel arancio vivo e presentano un piumaggio somigliante a peluria; inoltre, se disturbati, si muovono strisciando come un bruco. L’insieme di queste caratteristiche morfologiche e comportamentali denota una sorprendente somiglianza con i pelosi e urticanti bruchi di una specie di farfalla, appartenente alla famiglia Megalopygidae, presente nello stesso habitat di Laniocera hypopyrra. Se confermato con ulteriori studi sui vantaggi adattativi di questa somiglianza, Laniocera hypopyrra rappresenterebbe il primo caso descritto di mimetismo “Batesiano” in nidiacei di una specie di uccello.

David Costantini

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Stress ossidativo e ormesi in ecologia evoluzionistica

bookCon il termine Great Oxidation Event ci si riferisce alla grande estinzione di massa delle specie anaerobie causata dall’incremento della concentrazione di ossigeno nell’atmosfera terrestre. La transizione da un’atmosfera riducente ad una ossidante ha determinato l’evoluzione di nuove vie metaboliche per l’utilizzo dell’ossigeno nella produzione di energia. Tale innovazione non è stata priva di costi. Derivati metabolici dell’ossigeno, come i famosi radicali liberi, hanno rappresentato una forte pressione selettiva sull’evoluzione dei sistemi fisiologici. I composti ossidanti sono, infatti, causa di danno molecolare (stress ossidativo), di squilibri fisiologici e di morte cellulare. Non è perciò sorprendente se le discipline biomediche e tossicologiche sono state tradizionalmente interessate allo studio degli effetti biologici degli ossidanti. Negli ultimi anni, lo studio dello stress ossidativo ha acquisito una dimensione più multidisciplinare e meno meccanicistica. L’integrazione della conoscenza dei meccanismi molecolari con i principi dell’ecologia e della biologia evoluzionistica ha aperto nuove prospettive per la comprensione dei meccanismi che influenzano l’evoluzione della diversità fenotipica (es. caratteri sessuali secondari) o nelle life-history (es. strategie riproduttive, tassi di accrescimento). Benché i composti ossidanti siano certamente causa di molteplici effetti negativi, l’esposizione a moderate quantità di radicali liberi o ad agenti ambientali stressanti di moderata intensità non è necessariamente dannosa per l’organismo come in passato si era portati a pensare. Piuttosto, esperienze moderatamente stressanti sono in grado di promuovere lo sviluppo di un fenotipo resistente. Tale fenomeno biologico, definito Ormesi, è stato descritto in numerosi organismi, dai batteri alle piante e ai vertebrati. L’ormesi può essere ritenuto un importante meccanismo che genera plasticità fenotipica, rendendo un organismo più resistente o tollerante ai cambiamenti nelle condizioni ambientali sociali e non sociali. Il prodotto di questa interessante integrazione tra approcci meccanicistici ed evoluzionistici, è riassunto nel recente libro dal titolo “Oxidative stress and hormesis in evolutionary ecology and physiology”, Springer Editore. Lo scopo del libro è di catturare lo spirito di queste emergenti sottodiscipline dell’ecologia, di evidenziare il significato biologico che si cela dietro un parametro biochimico e di sottolineare che lo stress ossidativo e l’ormesi sono pezzi mancanti ancora poco esplorati di un complesso puzzle biologico. Sono numerosi gli esempi che risaltano il ruolo prominente dello stress ossidativo e dell’ormesi nell’evoluzione della diversità biologica. Ad esempio, i maschi di cinciallegra con una dieta più ricca in antiossidanti hanno una migliore qualità spermatica (e quindi maggiore fertilità; Helfenstein et al. 2010). Inoltre, sono in grado di produrre un piumaggio più brillante, requisito importante per il corteggiamento. Studi su uccelli e mammiferi hanno dimostrato che un aumento del danno ossidativo cellulare indotto dallo sforzo di allevamento della prole può essere una causa importante del calo nella futura fitness riproduttiva (Costantini 2014). Tuttavia l’ormesi ha dimostrato che la relazione tra l’intensità di un agente stressante e l’effetto biologico non è lineare. Ad esempio è noto come l’esposizione a stress termico (alte temperature ambientali) induca un incremento nel danno ossidativo, ciò nonostante un individuo esposto a moderato stress termico durante le fasi di sviluppo è in grado di acquisire una maggiore resistenza a questo tipo di stress in fase adulta rispetto ad individui che non sono stati sottoposti a stress o che hanno subito un trattamento termico troppo elevato (Costantini et al. 2012). Questi esempi dimostrano come la complessità e diversità del mondo naturale siano una potente risorsa sperimentale in grado di superare i limiti imposti dal limitato e spesso idiosincratico reame delle specie modello.

David Costantini

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Cromatometrica

Aguzzi et al 2013I due grandi pilastri della morfometria sono forma e dimensione, e nell’ultimo secolo gran parte degli sforzi metodologici sono stati dedicati a dissezionare e interpretare questa dicotomia, cercando di dominare i contrasti e le relazioni tra queste due componenti fondamentali della costituzione fenotipica, yin e yang della geometria dei corpi. In realtà c’è un altro aspetto fondamentale del fenotipo che fino ad ora è sfuggito alla quantificazione numerica della cabala biometrica, esterno al concetto di forma ma non di apparenza: il colore. Il colore è espressione di meccanismi biochimici che tradiscono condizioni nutrizionali e patologiche, sessuali e emozionali, ambientali e filogenetiche. I pionieri dello studio del colore sono stati gli antropologi, nel tentativo di quantificare la variazione della pigmentazione delle popolazioni umane. Oggi tecniche colorimetriche si utilizzano in molti settori produttivi, dal controllo di qualità alla produzione di alimenti o al monitoraggio ambientale via satellite. Gli approcci colorimetrici posso riguardare la quantificazione puntiforme del colore o la misura quantitativa del pattern di colore, ovvero il rapporto tra patches di colori differenti. In zoologia gli esempi ovviamente non mancano, e vanno da analisi eco-colorimetriche che analizzano la correlazione tra variazioni cromatiche e parametri ambientali in chiave adattativa (come per esempio in funzione di criptismo e predazione), a studi biogeografici su specie e popolazioni affini, includendo analisi tassonomiche e sistematiche. Lo scopo è trattare il colore come una variabile, o un insieme di variabili, per poter comparare e quantificare. Il colore è un fattore però molto meno convenzionale della dimensione o della forma di un oggetto, dipendendo dalle qualità fisiche dell’oggetto, dalla composizione del mezzo in cui viene emesso e percepito, dalla fonte di irradiazione che lo genera,  dalle caratteristiche di recezione del sensore che lo rileva e da quelle del sistema che lo codifica. Il punto decisivo a livello metodologico è la calibrazione colorimetrica, una normalizzazione del segnale che renda comparabili i valori. Ci sono diversi sistemi di calibrazione, ma la questione non è ufficialmente risolta e le proposte vanno dagli algoritmi polinomiali alle reti neurali. Il problema è ancora più sentito se si vogliono ottenere informazioni quantitative da immagini prese direttamente sul campo. Una proposta è prendere a prestito gli strumenti matematici della morfometria geometrica, in particolare la funzione interpolante thin-plate spline (TPS). L’idea è stata quella di considerare lo spazio colorimetrico come morfospazio. All’interno dell’immagine, la presenza di un riferimento colorimetrico standard consente, mediante il TPS, di calibrare ciascun pixel dell’immagine seguendo la “regola” di trasformazione del valore sull’immagine del colore delle patches colorimetriche rispetto al valore valore standard. Questo passaggio “deformante” nello spazio colorimetrico viene compiuto per ciascun pixel dell’immagine, ottenendo, in condizioni estreme, un errore inferiore al 4%, contro il 18% ottenuto dagli altri algoritmi commercialmente disponibili. Questo metodo, associato ad uno standard colorimetrico, consente quindi di trasformare la macchina fotografica o addirittura il nostro smartphone in uno strumento scientifico di campo. Il colore è informazione, la sua composizione è frutto di genetica e fisiologia, e la sua distribuzione parte integrante della geometria di un individuo. Alla lettera non fa parte dello “studio della forma”, ma ne è concettualmente una dimensione parallela, componente necessario e ribelle del fenotipo e della sua apparenza. Come sempre, un’immagine vale più di mille parole …  soprattutto se si trova il modo di farne vettori quantificabili.

Emiliano Bruner & Corrado Costa

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Invecchiare in natura

Telomeres_main_0110Gli individui, nel corso della loro vita, cambiano sia nel loro aspetto esteriore che nel comportamento, a volte irreversibilmente, ma in molti casi temporaneamente. I cambiamenti che occorrono in età avanzata sono irreversibili e per lo più espressione di una perdita di funzionalità del corpo, come una riduzione nell’immunocompetenza, un incremento nella suscettibilità al danno ossidativo o una riduzione nella forza muscolare. Tale progressivo deterioramento delle prestazioni è quello che noi chiamiamo senescenza o invecchiamento. Esso varia da specie a specie, ma anche tra gli individui di una stessa specie a causa dell’influenza di fattori genetici, ambientali e stocastici (Kirkwood et al. 2005). Varie domande hanno permeato la ricerca sulla senescenza fin dall’inizio: perché un individuo invecchia? Quando un individuo inizia ad invecchiare? In che modo la senescenza evolve? Perché le specie differiscono fortemente nella longevità? L’approccio classico allo studio della senescenza è stato l’uso di protocolli sperimentali su alcune specie di laboratorio o di analisi di dati osservazionali sull’uomo. Anche se questa ricerca ha fornito informazioni molto preziose per comprendere i meccanismi della senescenza, la nostra conoscenza è ancora fortemente limitata, infatti molti segreti alla base dei meccanismi che determinano l’impressionante variazione nella longevità tra individui o specie devono ancora essere svelati. Un limite importante alla nostra comprensione del processo d’invecchiamento può essere probabilmente attribuito all’assunto errato che la senescenza non avviene nelle popolazioni selvatiche. Questo ci ha privato di un laboratorio naturale unico, dove poter sfidare la generalità dei risultati di laboratorio. Negli ultimi anni, grazie al crescente numero di studi a lungo termine su varie specie selvatiche di vertebrati, stiamo imparando che l’invecchiamento è un fenomeno biologico diffuso in natura (Monaghan et al. 2008; Nussey et al. 2013). Questi studi hanno ad esempio dimostrato cali significativi del successo riproduttivo (senescenza riproduttiva) o dell’immunocompetenza (immunosenescenza) negli individui più anziani. Queste scoperte stanno aprendo nuovi orizzonti per la ricerca sulle cause e le conseguenze della senescenza che ci permetteranno di testare le molteplici teorie prodotte fino ad oggi per spiegare l’evoluzione dell’invecchiamento.

David Costantini

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Ecologia: theory-free science?

I lavori ecologici possono prescinedere da contesti teorici? Il messaggio di un recente studio suggerisce che la maggior parte della ricerca in ecologia non si basa su teorie specifiche. Lo studio analizza i lavori pubblicati dal 1920 al 2010 nei tre giornali storici Ecology, Evolution, e American Naturalist. Ecology e’ un giornale classico per l’ecologia, mentre gli altri due sono piu’ orientati verso la biologia evoluzionistica. L’analisi rivela che i lavori pubblicati in Ecology fino a circa il 1960 sono per lo piu’ descrittivi e correlativi. Questo cambia dopo il 1960 con un aumento di studi con lo scopo di testare teorie e modelli, come ad esempio quelli di ecologia sistemica di Eugene e Howard Odum, e Robert McArthur. Nonostante gli sforzi, nel 2010, meta’ dei lavori pubblicati in Ecology sarebbero ancora privi di assunti teorici contro circa il 20% della ricerca pubblicata in Evolution e American Naturalist. Un’osservazione interessante e’ che i lavori che contengono teorie tendono a svilupparle anziche’ testarle. Una debolezza di questo approccio e’ quello di sviluppare modelli magari validi sulla base dei dati osservati in quel determinato contesto sperimentale, ma forse poco adattabili in contesti diversi. Modelli ecologici generali sono invece preferibili poiche’ potenzialmente in grado di spiegare/contestualizzare meglio la variablita’ biologica inter- e intra-specie. Charles Darwin impiega piu’ di 20 anni prima di pubblicare On The Origin Of Species dopo anni di osservazioni su vari vertebrati ed invertebrati: un libro che inbloba un’incredibile variabilita’ biologica, ma che fitta in un’unica teoria, la selezione naturale (fra l’altro, oggi siamo cosi’ convinti che la selezione Darwiniana sia vera/corretta che abbiamo perfino smesso di testarla, ma questo richiederebbe un post a parte). Allora ritorno alla domanda iniziale. L’ecologia non puo’ vivere senza teorie? Ni… Nel senso che abbiamo bisogno di sufficienti dati empirici in diverse specie per poter sviluppare una teoria. In questo senso, gli studi correlativi, a volte bistrattati, sono al contrario una fonte di informazione fondamentale per interpretare pattern ecologici generali, per poi formulare ipotesi e testarle con manipolazioni sperimentali per determinarne i fattori causali. Un altro aspetto e’ che, anche se non scritto in modo esplicito, ogni studio ecologico si basa quasi sempre su una teoria di base, spesso legata ai principi evolutivi. L’omissione di teorie nei lavori ecologici potrebbe anche essere legata alle note difficolta’ del ricercatore nel legare dati sperimentali ad un modello, amara conseguenza di limitazioni dello studio o della teoria, spesso troppo semplicistica rispetto alla complessita’ dei risultati.

Sembra quasi la storia del cane che si mangia la coda…

Valeria Marasco

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Varie variazioni di variabilità

Ernst Haeckel - CyrtoideaI termini variabilità e variazione sono in genere usati come sinonimi. Utilizzare queste due parole senza distinzione alcuna non è di fatto un errore, nel linguaggio colloquiale come in quello scientifico. In biologia però le “differenze” sono importanti, e quindi spesso la terminologia si fa più dettagliata, al momento di chiarire differenze nei “tipi di differenza”. Ad un livello un poco più tecnico, spesso si usa “variabilità” per definire la distribuzione di un fenotipo, di un taxon o di una classe particolare di organismi. Il termine “variazione” si riferisce invece alla distribuzione di una specifica variabile, o di un qualunque valore quantificato e misurabile. Insomma, “variabilità” è più un termine biologico, mentre “variazione” ha una accezione più statistica. Negli anni ‘90 la morfometria entra nell’era della statistica multivariata e dei modelli geometrici, rompendo una barriera computazionale che finalmente gli permette di entrare a livello analitico in concetti quali l’integrazione morfologica, la modularità, o l’eterocronia. L’analisi della forma si fa disciplina complessa e autonoma, e il morfometrista si converte in uno specialista che a quel punto esamina termini e concetti con un maggior livello di dissezione. Gunter Wagner, un viennese classe 1954 presso la Yale University, è un pioniere delle teorie strutturali su pleiotropia e integrazione. In un articolo del 1996 con Lee Alternberg, propone una ulteriore specializzazione dei termini variabilità e variazione. In particolare, suggerisce di riferirsi a “variazione” come l’effettivo grado di diversità osservata in un gruppo, e a “variabilità” come la capacità di poter variare, ovvero la potenzialità di cambiare la distribuzione del suo fenotipo. Ovvero, la variazione come diversità reale, la variabilità come diversità potenziale. Tutto questo ovviamente si mischia, con definizioni sfuggenti e relazioni poco chiare ma interessantissime, con i temi della plasticità fenotipica. Tra tutti i livelli di interesse di questo tema ne citiamo uno: il fatto che la selezione possa agire sulla variazione (come da prospettiva tradizionale) ma anche sui livelli di variabilità (sulla capacità di variare, la sensibilità di un genotipo di poter prendere altre strade). Di qui a una serie di proiezioni intricate e intriganti che vanno dalle relazioni genotipo-fenotipo alle traiettorie evolutive di minima resistenza. Quando i termini di fanno specialistici possono fornire grandi prospettive concettuali, ma anche creare confusione se i limiti dell’interpretazione non sono chiari o comunque non riconosciuti da tutti. Le specializzazioni terminologiche sono ottimi strumenti cognitivi, ma bisogna stare attenti a non essere troppo severi, per non rischiare di incartarsi in vicoli ciechi o in contraddizioni troppo strette nella costruzione logica di un concetto. Resta infine il problema di passare dalla teoria alla pratica. Da un lato ci sono questioni statistiche e di metodo abbastanza spinose e stimolanti. Dall’altro le difficoltà nel definire esattamente il concetto di variabilità non aiutano al momento di cercare una quantificazione univoca utile ad entrare in un contesto analitico ben definito. Di certo, differenziare tra l’effettiva variabilità biologica e quella potenziale non viene male, a livello biologico e biostatistico. Senza contare che ad oggi anche il termine diversità va usato con cautela, nel contesto sia sociale che evolutivo. Ma questa è un’altra storia.

Emiliano Bruner

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“Geni sessuali”

Rams fighting_0Una delle sfide che da tempo ossessionano i biologi evoluzionisti è quella di comprendere quali meccanismi mantengano la variabilità genetica alla base dei tratti fenotipici sottoposti a forte selezione direzionale, come la selezione sessuale. Ad esempio, in una popolazione animale, i maschi che esprimono i caratteri sessuali secondari ad un grado più elevato (es. maggiore dimensione degli ornamenti sessuali) spesso hanno un maggiore successo riproduttivo, o perché tendono ad avere la meglio nella competizione per l’accesso alle femmine, o perché le femmine stesse li preferiscono come partners sessuali (es. Pryke et al. 2001; West & Packer 2002; Fisher & Cockburn 2006). Ciononostante, gli alleli che codificano tali caratteri sessuali prominenti non vengono “fissati” nella popolazione, e i tratti sessuali secondari continuano ad esibire una notevole variabilità. Una delle ipotesi più influenti che potrebbero spiegare la persistenza di tale variabilità nelle popolazioni animali è quella della “cattura genica” (Tomkins et al. 2004). In breve, dato che gli ornamenti sessuali sono in genere costosi da produrre, la loro espressione sarebbe fortemente dipendente dalla vitalità e dalla condizione fisica del portatore, qualità che presumibilmente vengono influenzate da un numero molto elevato di geni. Ne consegue che le mutazioni avrebbero un vasto “bersaglio” a disposizione per mantenere elevata la variabilità genetica. Benché questa ipotesi possa sembrare plausibile, risulta ovviamente difficile testarla senza avere una conoscenza precisa di quali e quanti geni influenzano effettivamente l’espressione degli ornamenti sessuali. Comunque, una serie di studi recenti sulle pecore Soay (Ovis aries), appartenenti ad una razza primitiva che vive su un’isola a sud della Scozia, ha fornito alcuni interessanti risultati proprio basandosi su tale conoscenza. In questa specie il successo riproduttivo dei maschi è positivamente correlato alla dimensione delle corna, utilizzate nei combattimenti contro altri maschi (Preston et al. 2003). Tuttavia, contrariamente alle previsioni basate sull’ ipotesi della “cattura genica”, la maggior parte della variabilità nella dimensione delle corna sembra essere spiegata da un solo gene (RXFP2), noto per influenzare anche lo sviluppo dei caratteri sessuali primari nell’uomo e nel topo (Johnston et al. 2011). I maschi omozigoti per l’allele Ho+ hanno corna grandi ed un successo riproduttivo quasi doppio rispetto ai maschi omozigoti per l’allele Ho che hanno invece corna piccole (3 vs 1.6 figli all’anno,Johnston et al. 2013). Tuttavia, è emerso che questi ultimi hanno una probabilità maggiore di sopravvivere al duro inverno rispetto ai primi (75 vs 61%), forse perché impiegano una strategia riproduttiva meno dispendiosa. Ad ogni modo, il grado di espressione del carattere sessualmente selezionato in questa specie non sembra essere associato ad una maggiore vitalità (cosa che ci si aspetterebbe in base alla teoria della cattura genica), ma piuttosto ad una riduzione della stessa. Cosa ancor più importante, i maschi eterozigoti, che hanno una copia di entrambi gli alleli, hanno corna grandi ed una sopravvivenza elevata, pertanto sono quelli con il successo riproduttivo più elevato. Insomma, sembrerebbe che nelle pecore Soay un meccanismo molto semplice come il vantaggio dell’eterozigote” possa fornire una spiegazione per la persistenza della variabilità genetica nei tratti sottoposti ad intensa selezione sessuale.

Roberto Bonanni

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Medusa 2.0

Medusa (Moebius - El Incal)

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La zoologia si fa applicazione per smartphone in un progetto che vede partecipi l’Istituto di Scienza del Mare di Barcellona (ICM) e la Commissione per la Scienza del Mediterraneo (CIESM). Il progetto MedJelly integra informazioni sull’ecologia, sulla tassonomia, e sulla distribuzione geografica delle meduse, generando archivi finalizzati a promuovere intercambi trasversali tra biologi e gestori delle risorse marine. L’applicazione, ovviamente gratuita, permette di conoscere il rischio meduse in una particolare area della costa, offrendo informazioni sul riconoscimento delle specie e sulla loro pericolosità, integrando il tutto con dati sulle condizioni del mare, la meteorologia, e le correnti. Gli utenti possono commentare, chiedere, o lasciare informazioni, in un contesto web che viene costantemente aggiornato. Scienza e turismo, insomma, in una collaborazione tra chi cerca le meduse e chi cerca di evitarle. L’applicazione è stata lanciata per le coste spagnole, ma lo sviluppo della parte italiana è già in corso. Ottimo esempio di integrazione tra ricerca, società, e gestione, dove tutte le parti in causa hanno un vantaggio reciproco, che nasce dalla condivisione delle informazioni e dall’aver progettato insieme obiettivi comuni. Una ingegnosa proposta di “zoologia applicata”, che viene benissimo per un post di ferragosto. Buone ferie a tutti, e occhio alla medusa!

Emiliano Bruner

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Stress fisiologico, correlazioni e crisi finanziarie

Kestrel and MatrixCresce la consapevolezza da parte degli zoologi della necessità di integrare gli studi comportamentali ed ecologici con le conoscenze e gli strumenti propri della fisiologia, la quale permette di capire i meccanismi e quantificare i costi indotti dalle strategie comportamentali. Inoltre, questa disciplina fornisce ai biologi della conservazione strumenti per stimare lo stato di salute di un animale. La metodologia ancora maggiormente in voga prevede la misurazione di singole variabili (ad esempio un tipo di cellula immunitaria, il dosaggio di un dato ormone) mediante le quali stabilire lo stato fisiologico di un animale, da correlare successivamente a parametri comportamentali o ambientali. Tale approccio è tuttavia estremamente limitato. Una variabile singola non permette di quantificare in modo adeguato lo stato sistemico di un individuo. I meccanismi immunitari o anti-stress sono molteplici, hanno gradi variabili di flessibilità, non rispondono nello stesso modo ad uno stimolo ambientale e possono ricevere priorità a discapito di altri. L’utilizzo di un sistema multivariato è perciò necessario. I cambiamenti dello stato fisiologico possono ad esempio essere quantificati mediante l’analisi delle matrici di correlazioni di variabili biochimiche (ad esempio concentrazioni di nutrienti, ormoni, antiossidanti). Studi a carattere prettamente biomedico dimostrano che i coefficienti delle correlazioni di un sistema (ad esempio metabolico, infiammatorio) aumentano quando l’individuo viene esposto ad un agente ambientale stressante che richiede una risposta fisiologica adattativa. L’incremento delle correlazioni è probabilmente il prodotto di un aumento dell’integrazione funzionale dei vari sottosistemi fisiologici e quindi di un aumento della modularità organismica. L’integrazione può tuttavia diminuire in condizioni di stress acuto ed intenso come dimostrato nei diamantini. Le reti metaboliche dei batteri che vivono in ambienti meno stabili hanno gradi di modularità maggiori rispetto a batteri di ambienti più stabili. L’organizzazione modulare potrebbe essere vantaggiosa se ogni modulo gestisse un compito funzionale specifico e quindi processasse indipedentemente un dato stimolo ambientale. Ciò conferirebbe maggiore efficienza alla risposta organismica ed eviterebbe che il malfunzionamento di un modulo compromettesse la funzionalità di altri moduli. È interessante notare che correlazioni e varianza diminuiscono durante la fase di recupero dallo stress. Al contrario, in condizioni di cronicizzazione dello stato di stress, le correlazioni decrescono mentre la variazione aumenta drasticamente. Proprio quest’ultima condizione è ciò che sembrerebbe predire il fallimento del sistema omeostatico dell’organismo e l’avvicinarsi dello stato di morte. La stessa dinamica si osserva in economia, dove il crollo dei coefficienti di correlazioni tra gli indici delle borse o dello stato finanziario di un’azienda e uno spiccato aumento della variazione anticipano lo stato di crisi. L’analogia tra un sistema finanziario e un organismo o un ecosistema appare evidente. Possiamo considerarli come complesse reti di variabili, alcune più importanti di altre, il cui funzionamento è fondamentale per la stabilità dell’intero sistema. Sono inoltre presenti sottosistemi con funzionamenti semi-indipendenti che forniscono all’intero sistema un ‘fail-safe’ per evitare che un deficit di una sua componente comprometta l’intero sistema. Lo studio delle matrici di correlazioni potrebbe perciò fornire uno strumento molto utile per indagare lo stato di salute di un individuo e prevedere le possibili conseguenze sulla fitness Darwiniana dell’esposizione ad un agente ambientale stressante.

David Costantini

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La teoria dei punti equilibrati

Gunz and Mitteroecker 2013La rivista Hystrix continua con la sua tradizione di referenza storica e pionieristica in morfometria, con un nuovo volume dedicato alla morfometria geometrica. Le tecniche di morfometria geometrica sono ormai pane quotidiano per l’anatomia, e hanno generato negli ultimi dieci anni una nuova professionalità biometrica. La complessità e potenza di questi metodi spesso si associa con una certa semplicità dei programmi, che eseguono automaticamente le analisi. Questa necessità tecnologica (o si fa il biologo o si fa il programmatore, e la collaborazione in questo senso è d’obbligo) ha purtroppo generato anche disastri. Se infatti questi strumenti hanno creato professionalità, permettono però anche a molti di accedere facilmente agli output grafici dei risultati statistici (affascinanti griglie di deformazione e grafici multidimensionali) senza aver bisogno appunto di quella stessa professionalità: “clickers” che spingono i bottoni senza avere un controllo sufficiente del processo e delle interpretazioni dei risultati numerici. Fino a qualche tempo fa la morfometria si faceva in casa, era sufficiente per un ricercatore specializzato in un altro settore calcolarsi una media e una analisi della varianza. Adesso le cose sono un pó più complesse,  e ad oggi il morfometrista è un ricercatore specializzato, con un percorso di addestramento e conoscenza specifica che non si può ovviare leggendosi rapidamente il manuale di un software. Il mestiere non si improvvisa.

Uno dei punti focali e delicati della morfometria geometrica è l’utilizzo e l’interpretazione dei punti anatomici (landmarks). Un articolo di questo volume di Hystryx affronta la questione dolente degli “sliding landmarks”, che si utilizzano per profili o superfici che mancano di referenze geometriche e anatomiche chiare e ben definite. In questo caso è possibile utilizzare punti fissi sui profili (frazioni della curva a intervalli definiti), far scivolare i punti minimizzando le differenze spaziali (minimizzando la “bending energy”) o far scivolare i punti minimizzando le differenze geometriche (minimizzando la “distanza di Procuste“). I tre metodi possono dare risultati spesso molto differenti. I tre metodi hanno promotori e detrattori, che includono in evidente contrapposizione molti referenti di spicco nella storia della morfometria. Il dibattito è abbastanza inerte, e spesso si utilizza un metodo o un altro più per appartenenza a una scuola, fiducia in un gruppo, o disponibilità di software, che non per una posizione personale sulla questione. Il fatto che la minimizzazione delle variazioni spaziali (bending energy) ridistribuisca i punti levigando le distribuzioni viene preso per un vantaggio, ma non è detto che sia così, e non è detto che questo abbia un reale valore anatomico. Potrebbe essere un “aggiusto” numerico che elimina informazione, normalizzando differenze che non dovrebbero essere eliminate. Il fatto che la minimizzazione delle variazioni geometriche (distanza di Procuste) ridistribuisca i punti indipendentemente dal resto della configurazione viene preso come possibile fonte di errore, ma ancora una volta non è detto che sia così. La localizzazione anatomica potrebbe essere avvantaggiata dal fatto che i punti non risentono di ciò che succede nel resto della morfologia. Spesso si critica un metodo o un altro, dimenticando che un modello solo risponde alle questioni che gli si pongono e nella forma che gli si presentano. Un modello, non è buono o cattivo, ma il suo utilizzo può essere proprio o improprio, così come l’interpretazione dei risultati. Offre la soluzione numerica a un contesto numerico, rivelando e semplificando le relazioni secondo regole e limiti che vengono imposti da un contesto analitico. In tutti i casi è importante ricordarsi che è solo un modello, e non la realtà. Diceva Miles Davis che non esistono note sbagliate, e questo è vero se uno sa quello che sta facendo e perché lo sta facendo. Un risultato è un fatto oggettivo. E’ la sua interpretazione che può essere utile o incorretta.

Emiliano Bruner

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