biomes: An R package for reproducible occurrence-to-biome classification using 31 global biome schemes

Su una mappa del mondo, la terra è spesso suddivisa in ampie e vaste zone di vegetazione. Queste zone, note come biomi, sono i grandi quartieri ecologici del nostro pianeta, che spaziano dalle foreste pluviali dense e umide dei tropici alle savane aride e aperte, fino alle distese ghiacciate delle regioni polari. Gli scienziati utilizzano queste categorie per comprendere come la vita sia distribuita in tutto il globo, come le specie si adattino ai loro ambienti e come gli ecosistemi potrebbero cambiare in futuro. Tuttavia, esiste un problema significativo nel modo in cui queste zone sono attualmente definite. Proprio come diversi cartografi potrebbero tracciare i confini di un paese in modi leggermente differenti, gli ecologi hanno creato decine di mappe diverse per questi biomi. Alcune mappe si concentrano sul clima che guida la crescita delle piante, altre sulla forma fisica della vegetazione e altre ancora su come l'uomo abbia alterato il paesaggio. Poiché queste mappe spesso non concordano su dove finisca un bioma e ne inizi un altro, i ricercatori incontrano frequentemente difficoltà nel scegliere la mappa giusta per la loro specifica domanda. Questa incertezza può portare alla confusione, in cui uno studio potrebbe accidentalmente utilizzare una mappa che distorce proprio i modelli che sta cercando di misurare, o dove diversi scienziati che studiano lo stesso gruppo di animali o piante arrivano a conclusioni contraddittorie semplicemente perché hanno utilizzato definizioni diverse del mondo che li circonda.

Per risolvere questa confusione, un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo strumento digitale chiamato il pacchetto biomes, progettato per portare ordine in questo paesaggio caotico di mappe. Il cuore del loro lavoro è una collezione di trentuno distinti schemi di biomi globali, tutti standardizzati e preparati per l'uso all'interno del linguaggio di programmazione R, uno strumento standard per l'analisi dei dati ecologici. Inveve di costringere gli scienziati a scaricare, pulire e allineare manualmente queste diverse mappe, il pacchetto le fornisce in un unico formato armonizzato. Più importante ancora, il pacchetto non offre solo le mappe; offre un metodo per decidere quale sia la migliore per uno studio specifico. I ricercatori hanno creato un flusso di lavoro che prende un elenco di dove una specie è stata trovata e lo testa contro tutte le mappe disponibili. Successivamente, classifica queste mappe in base a quanto bene si adattano ai dati, cercando lo schema che cattura il maggior numero di record pur distinguendo tra i diversi tipi di ambienti che la specie effettivamente occupa. Questo approccio consente ai ricercatori di allontanarsi dalla scelta cieca di una mappa familiare e di scegliere invece quella che è matematicamente e concettualmente più adatta alla loro specifica domanda di ricerca.

Il team ha dimostrato la potenza di questo nuovo sistema applicandolo a un gruppo di piante note come Bombacoideae, una sottofamiglia che include il famoso albero del baobab e l'albero del kapok. Hanno raccolto oltre 17.000 posizioni registrate per 185 diverse specie di questo gruppo. Quando hanno fatto girare i loro dati attraverso il flusso di lavoro di biomes, il sistema ha valutato le trentuno mappe disponibili e, dopo aver filtrato quelle focalizzate sui tipi di vegetazione, ha identificato una specifica mappa storica di Ramankutty e Foley come la migliore corrispondenza. Questa mappa, che ricostruisce come sarebbe la vegetazione naturale senza l'interferenza umana, ha classificato con successo i record delle piante in categorie significative. L'analisi ha rivelato che quasi la metà di tutte le piante registrate, e la stragrande maggioranza delle specie, si trovava in zone di foresta aperta tropicale sempreverde. Un'altra parte significativa è stata trovata nelle savane. Questi risultati corrispondevano a quanto gli scienziati già sospettavano da studi precedenti, confermando che il gruppo è effettivamente diviso tra ambienti di foresta e di savana. Utilizzando il pacchetto biomes, i ricercatori sono stati in grado di riprodurre questo schema noto in modo rapido e trasparente, senza la necessità di scrivere codice complesso e personalizzato o di curare manualmente i dati.

Il valore di questo lavoro risiede nella sua capacità di rendere la scelta di una mappa dei biomi una decisione deliberata e basata sui dati, piuttosto che un'abitudine predefinita. Prima di questo strumento, un ricercatore avrebbe potuto scegliere una mappa semplicemente perché era la prima che trovava o quella che tutti gli altri usavano, introducendo potenzialmente errori se quella mappa non fosse stata allineata al suo specifico sistema di studio. Il nuovo pacchetto assicura che la mappa scelta sia quella che copre la maggior parte dei punti dati dello studio fornendo al contempo abbastanza dettaglio da vedere le differenze tra gli ambienti. Gestisce la realtà disordinata dei dati scientifici, come i record che cadono sulle coste o sulle isole che alcune mappe ignorano, assegnando loro uno stato chiaro invece di perderli. Il sistema è veloce, elaborando migliaia di record in pochi secondi, e produce visualizzazioni chiare che mostrano esattamente dove si trovano le piante in relazione ai confini dei biomi scelti. Fornendo un modo standardizzato per accedere e confrontare questi trentuno diversi modi di vedere la vegetazione del mondo, il pacchetto biomes aiuta a garantire che la ricerca ecologica sia più riproducibile, più accurata e meglio adatta alle specifiche domande che gli scienziati stanno cercando di rispondere.