Noi umani possiamo essere una conoscenza spaventosa per le balene in natura. Ciò include i biologi marini che li etichettano con dispositivi di misurazione per capirli meglio. Queste esperienze possono far sì che le balene si comportino in modo irregolare per un po’. Tale comportamento può influenzare la qualità della ricerca e mette in luce un dilemma di etica animale. Ora, i ricercatori dell’Università di Copenaghen hanno capito come risolvere i problemi con la matematica.
Forse hai provato a portare un cane ululante o un gatto irritabile dal veterinario. Indipendentemente dalle tue intenzioni più nobili, l’esperienza del tuo animale domestico potrebbe essere stata ugualmente spiacevole. Gli animali reagiscono all’ignoto a modo loro. Il caso non è diverso per i cetacei come il narvalo e le balene della Groenlandia quando incontrano rumori generati dall’uomo come il rumore delle navi o le esplosioni minerarie nel Nord Atlantico – o quando vengono catturati da biologi marini ben intenzionati che vogliono solo conoscerli Meglio.
Quando i biologi “taggano” le balene con dispositivi di misurazione, gli animali reagiscono comportandosi in modo insolito, in modo anomalo. Ad esempio, per un po’ dopo essere stati taggati, possono eseguire molti tuffi poco profondi atipici e scatti rapidi. Tale comportamento è fuorviante quando l’obiettivo è studiare il comportamento normale e naturale dell’animale.
Il problema è ottenere aiuto da un angolo insolito.
“I biologi cercano di comprendere gli animali come esseri naturali, ma le loro reazioni si trasformano in comportamenti innaturali che creano rumore nel set di dati. Per questo motivo, molti dati provenienti subito dopo che le balene sono state etichettate finiscono per essere scartati. In questo studio, abbiamo proposto un approccio matematico che utilizza metodi statistici in grado di determinare esattamente la quantità di dati da conservare”, afferma il dottorando Lars Reiter del Dipartimento di Matematica.
Prezioso sia per l’uomo che per gli animali
Con due calcoli statistici, il ricercatore ha trovato un modo per stimare quando le balene come i narvali e le balene della Groenlandia torneranno al loro comportamento naturale dopo essere state etichettate. È un metodo che può essere utilizzato anche per studiare come gli animali rispondono ad altri tipi di disturbi.
“Questa ricerca è estremamente preziosa per noi come biologi marini che sono interessati al comportamento e al benessere delle balene. Ci fornisce un approccio standardizzato con cui distinguere tra comportamento naturale e comportamento influenzato nelle balene. Finora, abbiamo ha fatto stime individuali che sono più o meno azzeccate”, afferma il biologo marino Outi Tervo del Greenland Institute of Natural Resources, che ha collaborato con i matematici allo studio.
Il metodo statistico consente ai ricercatori di evitare di scartare troppi o troppo pochi dati. Se vengono conservati troppi dati, possono interferire con i risultati della ricerca e se ne vengono persi troppi, ciò ha un costo sia per gli animali che per gli esseri umani.
“È davvero importante in termini di ricerca, ma anche finanziariamente. E non da ultimo, significa qualcosa per il benessere degli animali. Se buttiamo via i dati inutilmente, più balene alla fine dovranno vivere l’esperienza per noi per condurre questa ricerca, che è in ultima analisi, intendeva avvantaggiare gli animali”, afferma Outi Tervo.
L’idea è nata da un’elezione parlamentare
Il comportamento delle balene non passa da anormale a normale con un movimento della coda. Il loro comportamento si normalizza gradualmente, in genere nell’arco di un giorno e in alcuni casi per un periodo di tempo più lungo. Durante questa transizione, il comportamento di una balena si manifesta su entrambi i lati di un’area designata come comportamento normale della balena. Quindi, come fanno gli scienziati a capire dove fare il taglio?
“L’idea mi è venuta mentre ero in cabina elettorale durante le elezioni parlamentari. Prendendo a prestito dalla logica del sistema elettorale, si può considerare come se le balene – o questi dati che mostrano il comportamento della balena – votassero su indipendentemente dal fatto che siano all’interno o all’esterno del loro intervallo normale”, spiega Lars Reiter.
Registrando 1 “voto” positivo quando il comportamento rientra nell’intervallo normale e 1 “voto” negativo quando è al di fuori, gli scienziati possono sommare tutti i voti e trovare il momento in cui il numero di voti passa da prevalentemente negativo a positivo.
I ricercatori usano due approcci per determinare il normale comportamento delle balene. In parte, osservano il modello di immersione della balena, così come la sua accelerazione e le capacità motorie.
Come calcolare statisticamente il comportamento degli animali
A volte caccia in profondità, mentre altre volte naviga tranquillamente in superficie. L’attività in cui è impegnata una balena è cruciale per comprendere il suo normale livello di energia. Il metodo di Lars Reiter tiene conto di questo come qualcosa di nuovo:
“Laddove la ricerca precedente si concentrava sul comportamento medio, collochiamo invece una balena in un’attività basata sui suoi movimenti, dove viene valutata sulla base di un valore normale per l’accelerazione che corrisponde all’attività specifica in cui è impegnata. Lo facciamo utilizzando quelli che sono noti come quantili, invece delle medie, perché ci permettono di concentrarci sugli estremi comportamentali. Ad esempio, la caccia e il riposo sono estremi opposti in termini di livelli di energia”, spiega Lars Reiter.
Quando l’attenzione è sul profilo di immersione della balena, d’altra parte, osservi lo schema formato dalle attività complessive della balena. Combinando profondità e tempo, si può valutare se la distribuzione dei diversi tipi di immersione è naturale.
Più saggio riguardo alle difficoltà degli animali e più bravo a evitarle
Secondo il biologo marino, l’approccio basato sui dati rappresentato dal metodo statistico significa anche che i ricercatori possono ora sviluppare metodi di etichettatura migliori e più delicati.
“Sulla base di questo studio, sappiamo già che la quantità di tempo che dedichiamo all’installazione dell’attrezzatura è un fattore importante per quanto gli animali ne risentono in seguito. Pertanto, possiamo stabilire dei limiti di tempo – dove ci fermiamo e impostiamo il whale free se impiega più di X numero di minuti consentiti”, afferma Outi Tervo.
Un passaggio dalle stime individuali a uno standard matematico potrebbe anche significare migliori valutazioni da parte della supervisione veterinaria che i progetti di ricerca che utilizzano i tag devono superare.
“Il metodo farà in modo che l’approvazione etica da un’ispezione veterinaria sia più basata sui dati e precisa. Quindi, non c’è dubbio che questa ricerca sia un passo avanti per il benessere degli animali”, afferma il biologo marino.
* Info extra: Uno strumento importante per un futuro con meno ghiaccio e più persone
L’habitat naturale artico dei narvali e delle balene sta cambiando a causa dei cambiamenti climatici. Il ritiro annuale del ghiaccio e l’aumento dell’attività umana si stanno verificando in aree che un tempo le balene avevano tutte per sé. Il metodo dei ricercatori può diventare uno strumento importante e contribuire a una maggiore comprensione delle conseguenze.
“Ci consente di studiare in che modo le balene sono influenzate da varie attività umane. Possono essere fonti esterne di rumore che possiamo collocare nel tempo e nel luogo, come un’esplosione o il passaggio di una nave. O suoni e attività che emettiamo noi stessi. L’algoritmo di Lars ci permette di avere un quadro chiaro di come tutto ciò influisca sugli animali”, afferma Outi Tervo.
L’aumento dell’attività porterà a un maggiore rumore oceanico, il che preoccupa i biologi marini per quanto riguarda il modo in cui influenzerà i grandi animali marini come il narvalo, che sono incredibilmente sensibili al suono. La coautrice e supervisore, la professoressa Susanne Ditlevsen, ritiene che gli studi e il nuovo metodo diventeranno più importanti negli anni a venire.
“Il cambiamento climatico sta portando a un aumento dell’attività antropica negli habitat delle balene artiche. Lo scioglimento dei ghiacci significa che aree un tempo impraticabili possono ora essere raggiunte dall’uomo. Vorremmo valutare se spaventa e disturba gli animali, ma non è chiaro come. I nuovi metodi possono essere utilizzati per valutare a quale distanza dall’habitat animale dovrebbero svolgersi varie attività”, afferma Susanne Ditlevsen.
Fatti: metodo statistico con due calcoli matematici e un’intersezione.
Il metodo statistico può generalmente essere inteso come calcoli con due tipi di dati di tagging: accelerazione e profondità, e un modo per sommarli che trova l’intersezione ottimale.
1. L’accelerazione racconta il livello di energia e i movimenti delle balene (“scatti”). Gli indicatori del comportamento naturale sono suddivisi in base all’attività delle balene, in modo che, ad esempio, un livello di energia elevato sia registrato come naturale in relazione alla caccia, ma non in relazione al riposo.
2. Il profilo di immersione della balena viene misurato in profondità e tempo trascorso in immersione. Gli impatti temporali su un periodo di 40 ore mostrano uno schema di diversi tipi di immersioni: ad esempio immersioni a U, in cui la balena rimane in profondità per un po’ di tempo, o immersioni a V, in cui la balena riemerge rapidamente. Il pattern viene confrontato con i valori normali misurati dopo le 40 ore.
3. Il punto limite per quando la balena riprende il comportamento normale viene trovato contando le misurazioni individuali come “voto a favore o contro” il comportamento normale. Pertanto, i ricercatori trovano il posto ottimale per dividere i dati della ricerca in comportamento naturale e influenzato.
A proposito dello studio
Lo studio fa parte di una più ampia collaborazione di ricerca tra il Greenland Institute of Natural Resources e il Dipartimento di Matematica dell’Università di Copenaghen, che si concentra sui grandi mammiferi marini dell’Artico.
I ricercatori includono Lars Reiter Nielsen e Susanne Ditlevsen dell’Università di Copenhagen, Outi M. Tervo e Mads Peter Heide-Jørgensen del Greenland Institute of Natural Resources e Susanna B. Blackwell di Greeneridge Sciences, Inc., Santa Barbara, USA
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