Señales tempranas de cambio en los ecosistemas

Por Javier Seoane

Como cualquier conductor sabe bien, las señales de alerta resultan muy convenientes. Y más si avisan de un problema que de no anticiparse se agravaría o podría conducir a consecuencias en ocasiones irreversibles. Esta premisa tan naturalmente básica ha inspirado trabajos enfocados en distintos niveles de organización biológica de los que traigo aquí dos ejemplos, uno reciente, el otro no tanto, pero ambos ilustrativos de que la búsqueda de señales de alerta temprana preocupa a campos de la ecología muy distintos.

Señal en una de las pistas de servicio del CYII en Guadalix de la Sierra (Madrid)

Señal en una de las pistas de servicio del CYII en Guadalix de la Sierra (Madrid)

El primero describe uno de esos experimentos manipulativos a gran escala que uno se sorprende de que puedan llevarse a cabo [1]. Se trata de la introducción de un superdepredador en un lago para observar si pueden reconocerse señales tempranas del ineludible resultado: la especie introducida se hace sobreabundante a costa de las preexistentes (e.d., aparece un nuevo equilibrio en el sistema, que experimenta un cambio de estado). Este trabajo se enmarca en el cuerpo teórico que ha ido creciendo sobre los cambios de estado no lineales, repentinos, catastróficos y que, por lo general, no deseamos en los sistemas que evaluamos, sean estos humedales de aguas claras (que pueden pasar súbitamente a un estado alternativo de aguas turbias), bancos pesqueros sometidos a explotación (que pueden colapsarse de forma aparentemente irreversible) u otros bien documentados [2]. Existe una línea de investigación que trata de encontrar señales que avisen de estos cambios con la antelación suficiente como para tratar de poner remedio y evitarlos [3].

Hasta ahora las predicciones teóricas se habían basado principalmente en modelos y simulaciones matemáticos, que han llevado a proponer como señales el aumento en la variabilidad de las medidas (a mayor varianza en la abundancia más cercano está el temible punto de no retorno [4]), la autocorrelación y resiliencia (el sistema está cerca del umbral de cambio si muestra inercia y alto tiempo de retorno a un estado original tras una perturbación [5-6]) , y cambios en la frecuencia de ciclos de distinta duración [7].

Decidido a comprobar empíricamente estos indicadores, el equipo de Stephen Carpenter, de la Universidad de Wisconsin-Madison, introdujo progresivamente durante dos años unas decenas de ejemplares juveniles de perca americana (Micropterus salmoides) en un lago donde estas eran raras y la red trófica estaba dominada por pequeños peces planctívoros. Otro lago cercano, dominado por percas americanas adultas, funcionó de control. Estas grandes percas son voraces depredadores, resistentes y combativas, lo que las hace tan interesantes para la pesca deportiva como dañinas para las comunidades en las que se introduce –de hecho, figuran en la lista de las peores 100 especies exóticas invasoras en el mundo [8]. Sus fechorías más destacables son las de desplazar por competencia o depredación directa a muchas otras especies de peces y desestabilizar las redes tróficas de los sistemas acuáticos donde se introduce como depredador exótico.

Los juveniles de perca americana son planctívoros inicialmente pero van incorporando a su dieta invertebrados bentónicos y peces según crecen, por lo que se esperaba, de acuerdo a ejercicios de modelización previos, que la adición de esos individuos juveniles al lago incrementara la presión de depredación sobre los peces planctívoros cuando las percas juveniles se reclutaran a la población de adultos. Entonces las densidades de los peces presa disminuiría y estos responderían con comportamientos de agregación en bancos y buscando refugio en las orillas. La desaparición de los peces planctívoros en las aguas libres liberaría al zooplacton de su depredación y estos aumentarían su abundancia y, en consecuencia, su presión sobre el fitoplancton, de forma que la biomasa de fito y zooplancton exhibiría las típicas oscilaciones cíclicas de los sistemas depredador-presa. La consecuencia de estas dinámicas es que la red trófica del lago manipulado (dominada inicialmente por muchas especies planctívoras) se modificaría para acabar pareciéndose a la del lago control (dominada por una especie de superdepredador).

Y aquí vienen las señales. El equipo de Carpenter encontró que durante esta etapa de transición entre un tipo y otro de red trófica el lago manipulado mostró las dinámicas previstas, que pudieron detectarse con un sistema de seguimiento intensivo. Así, los peces planctívoros disminuyeron en número y aumentaron su agregación progresivamente, el plancton entró en ciclos oscilatorios y la fracción de fitoplancton se hizo más variable y menos resiliente. En conjunto, se pudieron detectar señales de aviso hasta un año antes de que la transición a la nueva red trófica se completara. Lo que queda todavía en el aire, claro, es que se pueda revertir el proceso una vez detectado.

El segundo ejemplo tiene un enfoque muy distinto, pues propone una señal de alerta temprana para detectar problemas en la dinámica poblacional de una especie amenazada: el Águila imperial ibérica (Aquila adalberti) [9]. Esta especie es un endemismo ibérico que actualmente concentra en España casi todas las 282 parejas reproductoras que se conocen (en 2011) y cuya área de distribución en el pasado parece que fue mucho mayor [10]. Basta pensar en lo exiguo de su tamaño poblacional –las águilas solo llenarían dos salas de cine medianas– y su carácter emblemático del monte mediterráneo para entender que se le hayan dirigido muchos esfuerzos de conservación.

El Águila imperial ibérica es una rapaz diurna de gran tamaño que puede alcanzar una larga vida (décadas) si no sucumbe antes a numerosos factores de mortalidad no natural, de los que los más letales son hoy en día la colisión y electrocución en tendidos eléctricos y la persecución (ilegal), especialmente mediante cebos envenenados [11]. Los adultos son territoriales y socialmente monógamos, por lo que ambos miembros de la pareja colaboran de por vida en las labores de cría y en la defensa del territorio. Los individuos juveniles tardan cinco años en adquirir el plumaje característico de los adultos y con él presumiblemente también la experiencia necesaria para criar y detentar un territorio con éxito. Hasta entonces formarán parte del segmento de la población que se conoce como ‘flotante’, compuesta por los individuos no reproductores, que exhiben normalmente desplazamientos más erráticos y dispersivos y son expulsados de los territorios ocupados. En poblaciones demográficamente estables, estos individuos solo se incorporan a la población reproductora cuando un territorio queda vacante o uno de los miembros de una pareja muere, por lo que si uno tiene la oportunidad de examinar un territorio de Águila imperial ibérica es de esperar que observe en él a dos adultos con su típico plumaje oscuro.

Ahora bien, ¿qué ocurriría si la mortalidad adulta fuera anormalmente alta, por ejemplo por un incremento en la persecución humana? En tal situación aumentaría la frecuencia en la que uno de los miembros (o ambos) fueran juveniles, podríamos decir que incorporados a la fracción reproductora ‘antes de tiempo’. De hecho, este ‘antes de tiempo’ es literal, pues las parejas con miembros juveniles tienen menor éxito reproductivo que las compuestas completamente por adultos.

Esta observación llevó a un equipo liderado por Miguel Ferrer, de la Estación Biológica de Doñana (CSIC), a proponer que el porcentaje de parejas con individuos juveniles –reconocibles por su plumaje– se tomara como un indicador de mortalidad adulta en un trabajo bien conocido en el ámbito de la biología de la conservación de nuestro país. De acuerdo a su análisis de la serie de casi 30 años de seguimiento del Águila imperial ibérica en Doñana, cuando el porcentaje de aves reproductoras juveniles superara el 10% deberíamos preocuparnos. Más aún, el indicador funciona como alerta temprana de un problema –la excesiva mortalidad de los adultos—que al detectarse permite ponerse en guardia y elaborar medidas de conservación para proteger a las parejas todavía no afectadas. Dado el bajo éxito reproductor de los individuos juveniles y que el principal cuello de botella para el crecimiento poblacional de la especie es la mortalidad adulta (como es común en especies longevas), atender a este indicador permite adelantarse al problema del decrecimiento poblacional antes de que este se haya producido. Antes de que las consecuencias sean más graves.

Son dos ejemplos muy diferentes pero con un trasfondo común. Uno se enfoca sobre un ecosistema entero (un lago) del que se estudian fundamentalmente propiedades agregadas como la biomasa de distintos niveles tróficos. Los actores no tienen nombre, salvo el malo de la película, ni se sabe con detalle como actúan. En el otro el enfoque es poblacional, sobre una especie en particular (y particularísima) de la que se conoce minuciosamente como actúa, es decir, cuáles son los mecanismos subyacentes al patrón que se observa. Los dos ejemplos revelan preguntas distintas a las que hay que contestar con aproximaciones diferentes, pero ambas con el telón de fondo del entendimiento de los sistemas naturales y la pugna por su conservación. Ambas, en mi opinión, igualmente legítimas, intelectualmente recompensantes y muy necesarias.

[1] Carpenter et al. 2011. Early warning of regime shifts: a whole-ecosystem experiment. Science 28/04/2011 (10.1126/science.1203672). Este artículo puede consultarse en la revista Science Express, ‘hermana’ de Science que publica electrónicamente algunos artículos seleccionados hasta un mes y medio antes de que aparezcan en imprenta (disponible a 07/05/2011 en http://www.sciencemag.org/content/early/2011/04/27/science.1203672.abstract)

[2] Scheffer, M y Carpenter SR. 2003. Catastrophic regime shifts in ecosystems: linking theory to observation. TREE 18: 648-656

[3] Scheffer, M. et al 2009. Early-warning signals for critical transitions. Nature 461: 53-59.

[4] Carpenter, SR y Brock, WA. 2006. Rising variance: a leading indicator of ecological transition. Ecol Let 9:311-318.

[5] Dakos, V. et al. 2008. Slowing down as an early warning signal for abrupt climate change. PNAS 105:14308–14312.

[6] Van Nes EH y Scheffer M 2007 Slow recovery from peturbations as a generic indicator of a nearby catastrophic shift. Am Nat 169:738–747.

[7] Biggs, R et al 2009. Turning back from the brink: Detecting an impending regime shift in time to avert it. PNAS 106: 826-831

[8] Lowe S et al 2000. 100 de las Especies Exóticas Invasoras más dañinas del mundo. Una selección del Global Invasive Species Database. Publicado por el Grupo Especialista de Especies Invasoras (GEEI), un grupo especialista de la Comisión de Supervivencia de Especies (CSE) de la Unión Mundial para la Naturaleza (UICN) [disponible a 07/05/2011 en: http://www.issg.org/database/species/reference_files/100Spanish.pdf%5D.

[9] Ferrer et al 2003. The proportion of immature breeders as a reliable early warning signal of population decline: evidence from the Spanish imperial eagle in Doñana. Biol Cons 114:463-466

[10] Véase la información que proporciona a este respecto la Sociedad Española de Ornitología (SEO/BirdLife) en su programa Alzando el vuelo consultable en http://82.98.163.12/aguilaimperial/adalberti.php

[11] González, LM y Oria, J. 2004. Águila imperial ibérica. Aquila adalberti. En: Madroño, A., González, C. y Atienza, JC. (Eds). Libro rojo de las aves de España pp. 145-15. Dirección General para la Biodiversidad – SEO/BirdLife, Madrid [disponible en: http://www.seo.org/programa_seccion_ficha.cfm?idPrograma=38&idArticulo=1411%5D

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