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por Veronique Greenwood del sitio Web QuantaMagazine
traducción de
Adela Kaufmann
Un muy simple modelo de ecología lo hace todo bien - a excepción de predecir la rapidez con que la naturaleza puede cambiar. ¿Podría volverse más realista y al mismo tiempo
evitar
complejidades desordenadas de biología?
no son tomadas en cuenta en una de las teorías más exitosas de la
ecología.
En 2011, el ecologista Ryan Chisholm estaba mirando a los datos de censo de árboles de 12 diferentes bosques de todo el mundo.
Más de 4,000 especies de árboles crecieron en estos lugares, sus números ascendiendo y descendiendo en los últimos años. Los números que pintaron las imágenes de los ecosistemas donde las fortunas de una especie podrían cambiar casi en una sola noche, en una escala de tiempo ecológica.
Por ejemplo, un árbol pequeño de hojas brillantes llamado Inga marginata tenía 400 árboles en una parcela forestal de Panamá en el año 2005. Para el año 2010, su número se había duplicado.
En los 12 bosques, sin embargo, un detalle fue particularmente notable. La velocidad y la magnitud de los cambios no se parecen en nada a lo que habría sido predicho por una de las principales teorías de la ecología teórica. Los modelos basados en esa idea, llamada teoría neutral, han demostrado que la distribución de las especies sobre el paisaje puede explicarse utilizando adiciones sorprendentemente simples.
Pero aquí la teoría se estaba viniendo abajo.
Cuando Chisholm dio una charla en el Instituto Smithsoniano de Investigaciones Tropicales en Panamá, donde él hizo un post-doctorado, supo que otras personas habían notado lo mismo.
Cualesquiera que sean sus éxitos, la teoría neutral no modeló para nada bien el cambio - incluso sus estimaciones de cuánto tiempo se tardaría una especie en extinguirse podrían ser decenas o cientos de veces más tiempo que la realidad.
Una ráfaga de papeles de diversos grupos, desde entonces, incluyendo uno por Chisholm y colaboradores apareciendo ayer en Ecología, busca responder a la pregunta:
En un modelo neutral, cada individuo en un ecosistema, independientemente de la especie, comienza con la misma capacidad.
A medida que pasan los años, los dados metafóricos son tirados para que cada individuo decida si se muere o se reproduce. Nuevos individuos llegan desde fuera de las fronteras de la comunidad, y de vez en cuando surge una nueva especie.
Con el tiempo, los resultados de estos procesos de acreción en este universo de bolsillo se acumulan. El modelo no incluye nada acerca de las diferencias entre especies, o alrededor de nichos en los que una de las especies podría prosperar mientras que otras fallan , o sobre si un huracán o una sequía ha golpeado - sólo se postula una cierta aleatoriedad pre-programada.
Después de un tiempo, los ecologistas que estudian este universo de bolsillo podrían empujar el botón de pausa y ver cómo ha evolucionado la zona.
Dependiendo de la forma en que han montado el modelo, los ecologistas podrían mirar a cuántos individuos hay de cada especie, por ejemplo, o cómo las especies se han extendido a sí mismas a través del paisaje.
Para ciertos lugares, incluyendo los bosques tropicales y los arrecifes de coral, la imagen generada de esta manera se ve sorprendentemente similar a las observaciones de los biólogos de campo, contando árboles en las selvas remotas o especies de coral en el fondo del océano.
El número de especies en los bosques tropicales como este en la isla de Kauai puede ser descrito con un modelo sorprendentemente simple.
Los éxitos de la teoría son importantes, ya que ayudan los ecologistas a comprender qué es lo que podría generar patrones en los ecosistemas.
Es un hecho desconcertante, por ejemplo, que la mayoría de especies de árboles en las selvas tropicales de todo el mundo son raras. Uno esperaría que las especies raras fueran superadas en número y en última instancia desplazadas por especies comunes, pero en cambio las especies raras persisten.
La mayoría de los modelos ecológicos no pueden imitar esta situación. Pero resulta que es uno de los éxitos más triunfantes de la teoría neutral, implicando que la persistencia de la rareza no requiere nada más complicado que el azar y la inmigración de nuevas especies.
Más allá de su utilidad para la ciencia básica, la comprensión de los patrones a gran escala en la biodiversidad tiene implicaciones prácticas.
Si quienes manejan la conservación tienen una comprensión más completa de la distribución de especies raras y comunes, ellos podrán manejar mejor los ecosistemas bajo su cuidado, dijo Tak Fung, un post-doctorado en el laboratorio de Chisholm en la Universidad Nacional de Singapur y el autor principal del nuevo papel .
Sin embargo, un modelo neutral sólo funciona si los ecologistas de imágenes estáticas ven cuando hacen una pausa y la simulación es todo lo que están buscando - si lo que quieren es una instantánea.
Si, en vez de mirar efecto general del modelo, quieren ver cómo se comporta en varios puntos en el tiempo, el parecido con la realidad se desintegra. En el mundo real, los casos como el de Inga marginata, que duplicó su número en cinco años, son comunes.
Pero de acuerdo con el modelo neutral, las posibilidades de que el árbol duplique su población de un censo a otro, son alrededor de 1 de cada 10 de 1000, calcula Chisholm - ridículamente pequeño. "Queremos saber [lo que falta,] qué tipo de factores están impulsando estas grandes fluctuaciones en la abundancia de especies", dijo Fung.
Fung y otros piensan que lo que falta podrían ser los efectos de los cambios ambientales - Una ola de frío o de calor u olas de inundación que puedan afectar dramáticamente la condición física de una especie.
La idea es que estos cambios es importantes en el largo plazo, con los efectos sumándose y girando para afectar a la evolución del ecosistema. En el nuevo estudio, el equipo se centra en dos bosques,
Utilizando los datos del censo que abarcan casi 30 años, ellos presentan dos modelos opuestos de cada bosque.
El proceso está destinado a reflejar lo que podría estar sucediendo cuando hay cambio ambiental generalizado.
Por ejemplo, tal vez una sequía golpea en el bosque. Una especie que prospera en la sequedad proliferará, mientras que una que necesita mucha agua dejará de reproducirse.
Los investigadores realizaron simulaciones de cada uno de sus miles de veces, para ver lo que el rango de resultados fue para cada modelo. (El trabajo mantiene un grupo de ordenadores ocupado durante meses.)
Luego miraron para ver si los datos reales de los bosques - los recuentos de árboles cuidadosamente recogidos a través de muchas hectáreas - caían dentro de esos rangos.
Ambos modelos se aproximaron a la mezcla de especies raras y comunes también, encontraron. Los dos modelos también predijeron tanto el número total de especies y el número total de individuos. Sin embargo, sólo el modelo con la variación ambiental podría aproximarse a los cambios en el número de cada especie en los últimos años.
Es un hallazgo emocionante para Michael Kalyuzhny, que no participó en este trabajo, ya que él y sus colegas encontraron algo similar con otro modelo que incorporó los cambios ambientales. Antes de estos descubrimientos, no se sabía si la introducción de variación adicional podría reproducir las capacidades de la teoría neutral y también explicar las fluctuaciones.
Ahora, al menos, dos grupos han sido encontrados que pueden.
Los hallazgos son parte de una tendencia mayor que promete resolver los problemas de la teoría neutral con la predicción de cuánto tiempo va a existir una especie, dijo Steve Pacala, ecologista de la Universidad de Princeton, que está interesado en la teoría neutral, a pesar de que no se centra en ella mismo.
Él observa que la teoría neutral y otras ideas como que no necesariamente son populares entre muchos ecologistas.
Aún así, el estudio deja algunas preguntas importantes sin respuesta.
Steve Hubbell, un ecologista de la Universidad de California, Los Ángeles, que desarrolló por primera vez la teoría neutral, dijo que el papel y otros similares muestran que tener en cuenta la variación ambiental es necesario con el fin de hacer el trabajo de la teoría con el tiempo, al menos para algunas especies.
La variación ambiental parece ser más importante en la predicción de la variación de las especies comunes que las especies raras, dijo, tal vez porque las especies raras son más sensibles al tipo de aleatoriedad que ya se cuece en la teoría neutral.
Pero, señala, el trabajo no explica por qué formas de variación ambiental podrían haber causado el cambio en el tamaño de la población.
James O'Dwyer es un ecólogo teórico en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, y un co-autor del nuevo estudio.
Así, mientras que los nuevos modelos dan mejores predicciones, ellos aún no han descendido de su punto de vista de treinta mil pies de ecología que lidia con la intrigante cuestión de causa y efecto.
. No está claro lo que las perturbaciones - inundaciones, sequías, plagas de escarabajos, aumento de la temperatura, por nombrar algunas de las posibilidades macabras de la naturaleza - se están expandiendo de sus efectos sobre los individuos para dar forma a un ecosistema en el largo plazo.
Y ¿de dónde viene el panorama pintado por estas teorías desvaneciéndose en el detallado e intrincado mundo desordenado de la biología de campo, donde una especie puede ocupar un nicho que ningún otro puede llenar?
Es una pregunta abierta...
Fung dijo que su grupo está estudiando la manera de probar si los cambios ambientales específicos pueden crear los efectos que ven en su modelo.
Los cambios en la temperatura y las precipitaciones son posibles candidatos, pero el equipo primero tendrá que descifrar las relaciones entre estos cambios y los números utilizados en su modelo - es decir, para determinar cómo la lluvia o el calor o tormentas afectan a la idoneidad de diferentes especies.
En la opinión de Fung, este trabajo se desarrollará a lo largo de las próximas dos décadas.
Añadir más detalles a la teoría neutral podría parecer un obstáculo a lo que es mejor - la predicción de patrones generales a través de muchos ecosistemas diferentes. Pero tal vez eso es un compromiso aceptable.
James O'Dwyer, ecologista teórico en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, que es un co-autor del nuevo documento, sugiere que las ideas de alto nivel en la ecología, como la teoría neutral, pueden ser como la ley de los gases ideales, una ecuación de la física que describe muy bien las propiedades generales de los gases.
Para hacer predicciones acerca de los sistemas atípicas, como las que a temperaturas bajas o altas presiones, los científicos utilizan otro conjunto de leyes más específicas. El desarrollo de adaptaciones a la teoría neutral puede ser necesario de la misma manera.
Independientemente de qué modelos en última instancia, resultan ser los más exitosos, Chisholm dijo que la cuestión de cómo los cambios ambientales afectan a la diversidad de especies en los ecosistemas es cada vez más importante todo el tiempo.
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