martedì 26 Gennaio 2021

Ecologia delle reti

Un'immagine del Parco nazionale delle scogliere del lago Ladoga

Il 21 febbraio 2008, Nature pubblicava un commentario firmato dagli ecologi Robert May, Simon Levin e George Sugihara: intitolato “Ecology for bankers” (Un’ecologia per banchieri), analizzava il sistema bancario statunitense con metodi matematici innovativi. L’analisi rappresentava il sistema bancario con una “rete”, dove i nodi erano le banche, ciascuna con la propria “dimensione finanziaria”, mentre i collegamenti erano i flussi monetari e azionari tra le banche stesse. Lo studio applicava una tipologia di analisi matematica, detta network analysis, la stessa utilizzata per studiare, in natura, i flussi alimentari tra piante e animali.

La natura è una fittissima rete di relazioni, come ad esempio quelle alimentari. Si tratta di qualcosa di molto più complesso della classica catena alimentare “lupo mangia pecora, pecora mangia erba”. In effetti, più che una “catena”, le relazioni alimentari tra gli esseri viventi disegnano – immaginando proprio di disegnarle su di un foglio – un network dove i punti nodali sono piante, animali, batteri, funghi e via discorrendo. Per fare un esempio, nel mare ci sono pesci, come i saraghi, che si nutrono di ricci di mare, che a loro volta “brucano” sulle alghe alla ricerca di micro-organismi, ma i ricci si nutrono anche delle foglie di piante marine. Il sarago può essere predato da un pesce di dimensioni maggiori, come essere infilzato da un sub a caccia nei pressi del fondale, che magari usa ricci come esca. Se disegnassimo queste relazioni su un foglio, vedremmo proprio un piccolo circuito, dove c’è un flusso che prende una o più direzioni, a seconda di quante prede cattura un predatore. Immaginiamo ora di disegnare sullo stesso foglio tutti i collegamenti tra le specie viventi presenti sul nostro Pianeta. La “rete della vita” sarebbe intricatissima e avremmo difficoltà a distinguere tra i collegamenti tra le specie, perché apparirebbero intrecciati e parzialmente sovrapposti. L’analisi di rete ci aiuta a mettere ordine in questa trama. È infatti possibile capire, attraverso specifici strumenti matematici e grafici, se una rete complessa contiene gruppi di specie che tra di loro interagiscono molto di più di quanto avvenga con le specie al di fuori del loro gruppo.

Facciamo un esempio. Le specie che vivono in mare aperto saranno più probabilmente predate da altre specie che vivono anch’esse in mare aperto (per esempio il kryll dalle balene) mentre quelle che vivono nei pressi del fondale avranno soprattutto predatori diversi (altro esempio, i vermi policheti predati dai granchi). Questo frammenta la rete alimentare in gruppi semi-indipendenti, detti compartimenti ecologici o “moduli”. Nonostante ciò, i moduli rimangono collegati: per esempio, le carcasse delle balene, quando cadono sul fondo del mare, vengono divorate dai policheti. 

Molti studi scientifici indicano che le reti alimentari, terresti e acquatiche, sono suddivise in moduli perché pare che la natura le abbia spinte ad assumere questa “architettura”, più stabile rispetto ad altre. Una qualsiasi perturbazione a livello di un modulo, avrebbe infatti un effetto distruttivo solo su quest’ultimo, provocando danni relativamente limitati agli altri compartimenti ecologici che continuerebbero a funzionare, sebbene con una capacità limitata. Ciò avviene perché le specie all’interno di uno stesso modulo sono molto più collegate tra loro che con quelle al di fuori del modulo stesso). E questa modularità impedisce il collasso dell’intero sistema. È un po’ il principio che si applica nelle paratie stagne delle navi, per impedire il dilagare delle acque all’interno dello scafo in caso di collisione.

Chiudiamo la parentesi ecologica e torniamo all’economia, studiata con metodi statistici di analisi di rete. L’articolo di May e co-autori mostrava dati molto interessanti, per chi studia le reti, qualsiasi esse siano, da quelle naturali a quelle, ad esempio, dei collegamenti tra gli utenti del World wide web. Descrivendo la rete che univa migliaia di banche americane, quegli scienziati scoprirono che mancava di moduli e che questo “vuoto strutturale” poteva essere un loro punto debole. Ad esempio, impedendo l’isolamento locale di eventuali “contagi”, come fallimenti a cascata di banche a causa di perdita di valore delle azioni tra esse condivise. In effetti, due terzi delle banche americane erano tra di loro collegate, attraverso una sessantina di “hub”, ovvero dei nodi sproporzionatamente collegati con tantissimi altri nodi. Generalmente, l’esistenza di hub fa sì che esistano, dall’altra parte, un numero grandissimo di “nodi satellite”, collegati solo con uno o pochi di questi “hub”, ma poco collegati tra di loro. Gli hub, in genere, a partire dai provider telematici fino ad arrivare ai grandi scali aeroportuali, permettono di mettere in collegamento, con pochissimi passaggi, nodi di una rete che sono anche molto distanti tra loro. In queste reti, dette “piccoli mondi”, si stima che la totalità dei nodi può essere messo in contatto in un massimo di sei step. 

Alla luce di quelle osservazioni, lo studio di May e degli altri ricercatori metteva in guardia la comunità bancaria americana sull’enorme rischio derivante dal modo in cui i flussi di capitale risultavano in rete. Per inciso, solo pochi mesi dopo la pubblicazione di quell’articolo, ci sarebbe stato il default della banca d’investimento Lehman Brothers, l’unica privata da aiuti di Stato, che avrebbe contagiato tutte le banche americane e di conseguenza quelle operanti nelle economie più collegate a quella americana. Tutto ciò, nonostante le “previsioni” positiviste professate dal sistema economico americano sul rientro della crisi finanziaria dei mutui subprime iniziata nel 2006, che fu all’origine di quel disastro.

A dieci anni dallo studio di May e coautori, l’Europa subisce ancora gli effetti negativi del “contagio” americano. Eppure, abbiamo visto più esperti di politica economica ai ministeri dell’Ambiente che esperti di ambiente ai ministeri dell’Economia. Sempre più spesso prendiamo spunto dalla natura per sviluppare innovazioni tecnologiche ma, in un mondo pieno di interconnessioni, da quelle presenti nel mondo naturale a quelle nella nostra società (, sarebbe sempre più importante ispirarsi alla natura anche per organizzare i nostri sistemi socio-economici e renderli più robusti, al riparo dai rischi legati all’adozione di uno stile “anti-ecologico”, nel senso più ampio possibile.

Domenico D'Alelio
Ecologo acquatico, ricercatore alla Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli e vice presidente dell'Associazione italiana di oceanologia e limnologia

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