Prevedere i "punti critici" negli esseri umani e negli ecosistemi
Un gruppo internazionale di scienziati, dopo aver studiato le soglie critiche in diversi sistemi complessi come gli esseri umani, ecosistemi e mercati finanziari, ha concluso che, dettagli a parte, le dinamiche di ciascun sistema in prossimità del suo "punto critico" presentano delle proprietà generali comuni. La revisione da loro elaborata dei modelli dei primi segnali di avvertimento - pubblicata sulla rivista Nature - apre nuove opportunità per collegare il lavoro sul fenomeno dei punti critici in diverse discipline. Il lavoro è stato in parte finanziato da un premio European Young Investigator Award, un meccanismo di finanziamento del Sesto programma quadro (6° PQ) per attirare giovani scienziati che eccellono in tutti i campi della ricerca da tutti i paesi del mondo per creare il proprio team di ricerca nei centri europei di ricerca. Questi premi sono stati sostituiti in modo efficace dall'avvio delle sovvenzioni Starting Grants del Consiglio europeo della ricerca (CER). Prevedere il momento in cui un sistema è interessato da un cambiamento critico, come un attacco di asma o un crollo del mercato, è complicato. L'elaborazione di modelli precisi per prevedere le soglie nella maggior parte dei sistemi complessi sono solo agli inizi, poiché, quasi sempre, gli scienziati non hanno ancora compreso completamente i principali meccanismi e feedback. In questa ultima revisione, ricercatori in Germania, Paesi Bassi, Spagna e Stati Uniti hanno esaminato i primi segnali di avvertimento in sistemi molto diversi per vedere se presentavano caratteristiche comuni. Essi hanno cercato similitudini tra gli attacchi epilettici e la fine delle ere glaciali, la desertificazione e gli attacchi d'asma, le transizioni climatiche e gli ecosistemi. Lo studio afferma che "risulta sempre più chiaro che molti sistemi complessi hanno soglie critiche, ovvero 'punti critici', in cui questi sistemi passano bruscamente da uno stato ad un altro". Il team ha osservato che alcuni dei primi segnali di avvertimento presentano una natura generale che - secondo loro - suggerisce che queste transizioni possano essere in qualche modo connesse a "biforcazioni", dove le leggi universali dei sistemi dinamici governano il modello. In breve, questi segnali potrebbero fornire importanti informazioni circa l'aumento delle possibilità che un evento importante abbia luogo. Ad esempio, i primi avvertimenti di improvvise transizioni nei sistemi umani mostrano strutture simili a quelli studiati in natura. "Nel caso dell'asma, si è dimostrato che i polmoni dell'uomo possono presentare un modello auto-organizzato di broncocostrizione [quando le vie aeree si restringono] che potrebbe essere il preludio a un pericoloso problema respiratorio, e che ricorda la caratteristica disposizione della vegetazione durante la desertificazione". Riuscire a cogliere i primi segnali di avvertimento nei sistemi naturali complessi è difficile, ma i risultati ottenuti da studi recenti su 8 episodi di improvvisi cambiamenti climatici (ad esempio la transizione "serra-ghiacciaia" che risale a circa 34 milioni di anni fa) mostrano una maggiore connessione tra le dinamiche climatiche ricostruite e le transizioni climatiche critiche. L'inclusione dei mercati finanziari in questa miscela è difficile, poiché la scoperta della prevedibilità in questo settore - spiegano gli autori - porta alla sua eliminazione. Si può trarre profitto dalla prevedibilità, quindi i modelli vengono rapidamente eliminati. Tuttavia, vi sono segnali iniziali di avvertimento che possono essere colti usando strumenti come l'indice della paura (che misura la volatilità) o esaminando, ad esempio, i modelli concreti nei prezzi dei contratti a premio. "Queste sono convincenti intuizioni riguardo alle transizioni nei sistemi umani e naturali," ha affermato Henry Gholz, direttore del programma nella Divisione di biologia ambientale presso la National Science Foundation (NSF) negli Stati Uniti. "Queste informazioni giungono in un momento critico [...] in cui la fragilità della Terra (e la nostra) è stata evidenziata da collassi finanziari globali, da dibattiti su riforme sanitarie e preoccupazioni riguardo ai rapidi cambiamenti climatici e dei sistemi ecologici". Gli autori dicono che "in sistemi in cui è possibile osservare ripetutamente delle transizioni, come laghi, catene e campi, e come la fisiologia umana, potremmo scoprire dove sono le soglie. Secondo lo studio, un problema fondamentale per l'applicazione pratica "è la questione se sia possibile rilevare una segnale con sufficiente anticipo per prevenire una transizione o per prepararsi ad essa". Gli autori dicono che per scoprire quanto siano forti questi segnali in vari modelli matematici, sono necesserie ulteriori ricerche.
Paesi
Germania, Spagna, Paesi Bassi, Stati Uniti