Immaginate di poter osservare in tempo reale, in un unico database georeferenziato, i comportamenti e le migrazioni di uccelli, pipistrelli, tartarughe, felini e persino piccoli invertebrati. Immaginate un sistema globale connesso di migliaia di "sensori animali" naturali, in perfetta libertà, in grado di fornire un salto di qualità nella comprensione della natura e nel monitoraggio del nostro pianeta. Grazie agli ultimi passi avanti nelle tecnologie satellitari, tutto questo non è più fantascienza.
Il progetto ICARUS o "International Cooperation for Animal Research Using Space" guidato dalla Max Planck Society in Germania, mira a creare un "Network animale" che possa raccontare ai ricercatori come stanno cambiando gli ecosistemi in tempo reale e come gli animali stanno rispondendo a tali cambiamenti. Tutto questo combinando le informazioni ricevute da dispositivi indossabili della fauna selvatica con altri dati sui loro comportamenti nello spazio, nel tempo e in diversi ambienti. Per poter captare questa mole di informazioni da ogni angolo della superficie terrestre, il progetto si serve di un'antenna Icarus appositamente montata sulla Stazione Spaziale Internazionale.
Le applicazioni di questa tecnologia saranno molteplici, ad esempio per lo studio dei cicli di vita degli animali, il movimento dei patogeni zoologici, le interazioni tra differenti specie e uomo e le risposte degli animali ai disastri naturali.
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In un articolo pubblicato questa settimana sulla rivista Trends in Ecology and Evolution, il team fornisce una panoramica dei dati che sono stati in grado di raccogliere finora con il sistema e delinea quali saranno i prossimi passi.
Il progetto ICARUS: monitorare le specie più piccole
L'iniziativa ICARUS è uno sforzo internazionale per tracciare i modelli migratori di piccoli animali utilizzando trasmettitori GPS. Il progetto è iniziato nel 2002 e il sistema di localizzazione è stato installato sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) nell'agosto 2018, è stato attivato nel luglio 2019 e dopo un primo progetto pilota sulla migrazione dei merli, è entrato in funzione nel settembre 2020. Il direttore del progetto ICARUS è Martin Wikelski, direttore del Max Planck Institute of Animal Behavior in Germania.
Per dare il via al lavoro di ricerca, esperti e volontari hanno equipaggiato diversi animali di diverse specie con minuscoli "zainetti" contenenti sensori in grado di registrare informazioni sulla posizione GPS dell'animale, sul loro movimento e sull'ambiente circostante. Questi trasmettitori, dal peso di pochi grammi, contengono una batteria agli ioni di litio, una radio, un GPS e un modulo di controllo con sensori per misurare l'accelerazione, i campi magnetici, la temperatura, l'umidità e la pressione. La batteria, che consente misurazioni e trasferimento dei dati, può essere ricaricata attraverso la cella solare sopra l'alloggiamento di plastica. Dal trasmettitore sporgono due antenne: una lunga 200 mm per la trasmissione radio e una lunga 50 mm per il GPS.
I dispositivi indossabili hanno all'incirca le dimensioni di un pollice umano e pesano più o meno come una moneta da 20 centesimi di euro, appena 5 grammi. L'imbracatura consiste in un sottile nastro di teflon, simile a quelle utilizzate per l'arrampicata da noi umani, che non ostacola i movimenti degli organismi che la indossano. Tutto questo ad un prezzo "concorrenziale": circa 300 dollari ad attrezzatura.
La missione a lungo termine è costruire un gruppo di circa 100.000 animali monitorati appartenenti a 500 diverse specie di uccelli, mammiferi e rettili in grado di fornire dati in tempo reale ogni mezz'ora.
Ma secondo le ambizioni degli scienziati, i tag ICARUS, già piuttosto piccoli, sono destinati a diventare minuscoli. «Quando avranno il peso di un grammo e le dimensioni forse di una pillola di aspirina, questo ci consentirà di rintracciare piccoli uccelli canori e grandi insetti», ha affermato la dottoressa Autumn-Lynn Harrison, una delle collaboratrici che sta prendendo parte ai lavori di sviluppo dei dati. «Non siamo mai stati in grado di tracciare in tempo reale molte specie di piccoli animali con precisione. I misteri da scoprire sono davvero infiniti e ICARUS ci aiuterà a farlo».
Prima d'ora infatti, la tecnologia GPS nello studio degli spostamenti animali era ristretta a specie di grosse dimensioni, come ad esempio i lupi.
Il tag trasmetterà i dati ogni volta che la stazione spaziale entrerà nel raggio delle onde emesse. Ogni pacchetto di dati è solitamente di circa 220 byte e può essere inoltrato in 3,5 secondi. Il computer ricevente sulla ISS elabora e inoltra i dati a un centro di controllo a terra, che li distribuisce agli scienziati del team Icarus. Dopo che il team avrà esaminato i dati, li memorizzerà su un database online aperto chiamato Movebank, ospitato dal Max Planck Institute of Animal Behaviour (il database riceve finanziamenti dalla NASA e dalla NSF). Il team ha persino costruito profili di movimento per alcuni animali nel sistema Icarus.
Oltre al sistema spaziale, il lavoro degli scienziati sarà aiutato anche dalla Citizen science: un'app gratuita per il monitoraggio degli animali è disponibile al pubblico e gli utenti possono documentare le osservazioni degli animali e caricare foto condivise con gli scienziati tramite il database Movebank.
Bioindicatori naturali
Ma cosa possiamo aspettarci da questa notevole mole di dati? In primo luogo degli ottimi bioindicatori sparsi in ogni angolo del mondo: gli animali liberi scelgono la propria strada e sono quindi "sensori" naturalmente intelligenti, perfezionati dall'evoluzione. Cercano attivamente, o evitano, una serie di condizioni ambientali e mostrano reazioni distinte a condizioni meteorologiche insolite, tempeste e alcuni disastri naturali. Quando sono collegati ad altri dati esterni rilevati simultaneamente, possono consentire una quantificazione senza precedenti dell'uso dell'habitat, delle nicchie ambientali e dei confini ecologici degli animali e il monitoraggio in tempo reale del cambiamento.
«Gli animali, attraverso innumerevoli decisioni di movimento individuali, cercano le loro condizioni preferite, percependo la qualità e la salute degli ecosistemi in tempo reale», ha affermato in un comunicato stampa Martin Wikelski.
Ma il progetto ha margini di perfezionamento. Una delle poche limitazioni di ICARUS è che, per ora, non sarà in grado di trasmettere dati in tempo reale dai poli: a circa 60 gradi di latitudine nord, la nuova tecnologia non può fornire dati in tempo reale. I dati ICARUS verranno caricati dopo che gli animali tornano nel raggio d'azione dei satelliti.
«L'Artico è uno dei luoghi in più rapida evoluzione del pianeta. Vorremmo essere in grado di comprendere le risposte in tempo reale alle grandi ondate di calore, come quello accaduto in Siberia», afferma Harrison. «La speranza è che in futuro più moduli ICARUS verranno schierati su altri satelliti per aiutare a coprire le orbite polari e permetterci di ottenere alcuni degli stessi vantaggi da ICARUS per le specie artiche e antartiche».
Il cambiamento climatico sta anche inducendo gli animali a scegliere nuovi luoghi da cui migrare, quindi gli scienziati vogliono sapere quali habitat sono più importanti da proteggere per le diverse specie.
«Gli spostamenti stanno cambiando», dice. «Stiamo già vedendo esempi di animali che si spostano in luoghi di cui non avevamo precedenti. Alcuni dei dati che sto raccogliendo sono i primissimi percorsi migratori di queste specie, cioè la prima volta che abbiamo saputo dove e quando si trovano queste specie. Quindi le nostre informazioni di base vengono effettivamente raccolte solo ora, il che significa che potremmo non sapere nemmeno come sono cambiate le cose negli ultimi 10 anni, che era un'area di rapidi cambiamenti nell'Artico».
