Atajos demográficos para determinar la vulnerabilidad e invasibilidad de plantas y animales

Por Roberto Salguero-Gómez (Department of Zoology, University of Oxford, UK; Centre of Excellence for Environmental Decisions, The University of Queensland, Australia; Laboratory of Evolutionary Demography, Max Planck Institute for Demographic Research, Germany).

Uno de los principales objetivos de la biología de la conservación es identificar qué especies dejarán de existir a corto plazo debido al cambio climático e intervenciones humanas directas (incendios accidentales, ganadería intensiva, fragmentación de bosques, etc.), así como qué especies se convertirán en invasoras, resultando potencialmente en pérdida de biodiversidad. Contestar estas preguntas es en principio bastante fácil: uno simplemente ha de esperar el suficiente tiempo para ser testigo de tales comportamientos. No obstante, el ímpetu científico, guiado por la necesidad social, reside en predecir extinciones e invasiones antes de que ocurran. La extinción de una especie típicamente resulta en importantes cambios en la composición de la comunidad ecológica y una pérdida de servicios ecológicos ofrecidos por la especie extinta que suelen ser de carácter irremediable (a no ser que se consideren técnicas genéticas de “de-extinción”, las cuales son muy caras y de ética debatible). En el caso opuesto, el de la invasión, una vez que una especie se ha naturalizado en un nuevo ecosistema y comienza a comportarse como una invasora, la inversión de capital económico y humano para controlarla, por no mencionar erradicarla, es frecuentemente muy limitado y de eficacia variable.

Numéricamente, la extinción local o total de una especie, por una parte, o su invasión a un nuevo territorio, por otra, son en esencia consecuencia de procesos de dinámicas de poblaciones, y por ello una aproximación demográfica a este problema es adecuada. Dichos procesos demográficos de extinción e invasión se pueden resumir con la tasa de crecimiento poblacional y de resiliencia. Si la tasa de crecimiento poblacional es cercana a cero, la población de interés se dice estar cercana al equilibrio demográfico; ello quiere decir que el número de muertes y eventos de emigración igualan a los de reclutamiento de nuevos individuos vía reproducción e inmigración, con lo cual la población no cambia de tamaño en el tiempo. Cuando la tasa de crecimiento poblacional es negativa, es probable que la población de interés esté en problemas ya que su tamaño poblacional decrece, y si las condiciones bióticas y abióticas que la circunscriben no son modificadas, podría desaparecer. Cuando la tasa de crecimiento poblacional es positiva, se espera que la población aumente en tamaño con el tiempo, y si dicho valor es muy alto, es muy probable que se trate de una especie de gran potencial invasor. Por otra parte, la resiliencia demográfica indica la rapidez con la cual una población podría volver a su equilibrio demográfico tras una perturbación externa (incendios, inundaciones, etc.) dadas sus características demográficas. Entre mayor sea el valor de esta variable de resiliencia, más rápidamente volverá la población a su equilibrio dinámico.

Tanto las tasas de crecimiento poblacional como la resiliencia pueden estimarse utilizando diversas técnicas demográficas. Algunas de ellas incluyen estudios de captura, marcaje y recaptura en el caso de especie móviles (Figura 1a), como mamíferos y aves, o de parcelas permanentes (Figura 1b), en el caso organismos sésiles, como corales y plantas. Independientemente de la técnica, el demógrafo debe estimar tasas de supervivencia, crecimiento, reproducción y establecimiento de una muestra de la población para poder derivar estas importantes variables demográficas de tasas de crecimiento y resiliencia.

Figura 1. Existen diversas técnicas demográficas para poder estimar tasas de supervivencia, crecimiento, reproducción y reclutamiento para describir las dinámicas poblacionales de cualquier organismo, ya sea (a) móvil (ej., marmota de vientre amarillo, Marmota flaviventris), o (b) sésil (ej., cryptantha amarilla, Cryptantha flava). (Crédito foto izquierda: A. Ozgul; crédito foto derecha: R. Salguero-Gómez).

Figura 1. Existen diversas técnicas demográficas para poder estimar tasas de supervivencia, crecimiento, reproducción y reclutamiento para describir las dinámicas poblacionales de cualquier organismo, ya sea (a) móvil (ej., marmota de vientre amarillo, Marmota flaviventris), o (b) sésil (ej., cryptantha amarilla, Cryptantha flava). (Crédito foto izquierda: A. Ozgul; crédito foto derecha: R. Salguero-Gómez).

El poder predictivo de la probabilidad de extinción o de invasión de dichas herramientas demográficas es alto. No obstante, éstas requieren una cantidad importante de datos demográficos de, típicamente, cientos de individuos de la especie de interés, recopilados en el campo durante varios años. Desafortunadamente, este aspecto limita la aplicabilidad de modelos demográficos en el contexto de la biología de la conservación, donde las respuestas son necesarias en una escala temporal mucho más corta.

El trabajo que lidero en mi grupo de investigación en la Universidad de Oxford y el Instituto Max Planck de Investigaciones Demográficas tiene como objeto último desarrollar atajos demográficos para determinar la vulnerabilidad e invasibilidad de plantas y animales. Mucha información demográfica ya está disponible a través de revistas científicas, cubriendo un total estimado de más de 3,000 especies a lo largo del árbol de la vida, desde bacterias hasta algas, sequoias, corales, leones, monos y humanos. En uno de mis proyectos, lidero una red de colaboración con más de diez universidades alrededor del mundo, incluyendo la Universidad de Queensland en Australia. En esta red, estamos digitalizando, corroborando y complementando con más información datos demográficos de plantas y animales ya publicados pero dispersos a lo largo de la complicada trama de revistas científicas. Esta información está ahora completamente abierta a la comunidad científica, y al público en general, gratuitamente en www.compadre-db.org gracias a nuestros esfuerzos.

En una investigación reciente, calculamos rasgos de historia vital de más de 400 especies vegetales de esta base de datos. Estos rasgos cuantifican a grandes rasgos la forma en que una especie invierte recursos en supervivencia, crecimiento, reproducción y reclutamiento, e incluyen medidas demográficas tales como la esperanza media de vida, la tasa de crecimiento individual y la frecuencia de reproducción a lo largo del curso de vida de los individuos en una población dada. Utilizando análisis filogenéticos y multivariados, se descubrió que la mayoría de la variación en las estrategias de historia vital que las plantas exhiben se pueden describir con un par de rasgos de historial vital. Dicho de otra forma, basta tan sólo con saber algo sobre el ritmo de vida (ej. que tan rápido crecen los individuos en la población, y cuál es su longevidad aproximadamente) y la estrategia reproductiva de una planta para poder describirla demográficamente.

Este resultado, aunque bastante innovador debido a la elegancia y simplicidad del método, tendría poco valor para los biólogos de la conservación o administradores de áreas protegidas si no se afinara un poco más. En otra publicación más reciente, utilizando esta vez 650 especies vegetales de todos los continentes, he demostrado que la tasa de crecimiento poblacional está controlada por el ritmo de vida y la estrategia reproductiva (Figura 2a). Así mismo, la posición de las especies vegetales a lo largo de ambos ejes determina su resiliencia a perturbaciones externas (Figura 2b), donde las especies que tienen la habilidad de decrecer en tamaño, como los eucalyptos mallee del centro de Australia, o especies de vida corta, como el palo de oro (Solidago spp.), son las que se recuperan más rápidamente. La combinación de ambos ejes, el ritmo de vida y la estrategia reproductiva, constituye un excelente atajo para determinar si una especie está en peligro de extinción o es una invasora potencial (Figura 2c).

Figura 2. Dos índices básicos que describen las estrategias demográficas de plantas tan variables como plantas anuales, herbáceas perennes, arbustos, suculentas o árboles. Estos índices son el Ritmo de Vida, con especies que crecen rápidamente y tienen longevidad corta a la izquierda de los paneles, y especies de crecimiento corto y alta longevidad a la derecha; y la Estrategia Reproductiva, con especies que se reproducen sólo una vez en su vida abajo, y especies que se reproducen múltiples veces en la zona de arriba de los paneles. La combinación de los índices de ritmo de vida y estrategia reproductiva predicen (a) la tasa de crecimiento poblacional, (b) la habilidad de recuperación de una población tras haber sido afectada por una perturbación como incendios o inundaciones, así como (c) el status de conservación de la especie. IN: invasora, DD: no hay suficientes datos para estimar status; LC: de mínima preocupación para su conservación; NT: casi en peligro de extinción; VU: vulnerable; EN: en peligro de extinción; CR: en peligro crítico de extinción.

Figura 2. Dos índices básicos que describen las estrategias demográficas de plantas tan variables como plantas anuales, herbáceas perennes, arbustos, suculentas o árboles. Estos índices son el Ritmo de Vida, con especies que crecen rápidamente y tienen longevidad corta a la izquierda de los paneles, y especies de crecimiento corto y alta longevidad a la derecha; y la Estrategia Reproductiva, con especies que se reproducen sólo una vez en su vida abajo, y especies que se reproducen múltiples veces en la zona de arriba de los paneles. La combinación de los índices de ritmo de vida y estrategia reproductiva predicen (a) la tasa de crecimiento poblacional, (b) la habilidad de recuperación de una población tras haber sido afectada por una perturbación como incendios o inundaciones, así como (c) el status de conservación de la especie. IN: invasora, DD: no hay suficientes datos para estimar status; LC: de mínima preocupación para su conservación; NT: casi en peligro de extinción; VU: vulnerable; EN: en peligro de extinción; CR: en peligro crítico de extinción.

Una de las aplicaciones de estos estudios es que, basándonos en miles de horas de cuidadoso trabajo de campo de cientos de investigadores que han cuantificado y publicado tasas demográficas, finalmente podemos comenzar a tomar algunos atajos a tal arduo trabajo. La información sobre el modo de vida de la especie, su grado de longevidad, y su modo de reproducción son claves para una primera pasada de reconocimiento sobre su potencial extinción o invasibilidad. Además, investigaciones preliminares de mi grupo de investigación con especies animales están revelando patrones muy parecidos a los encontrados en el reino vegetal. Esto nos permitirá por primera vez hacer predicciones demográficas desde una perspectiva mucho más amplia que hasta ahora, eliminando barreras taxonómicas entre plantas y animales y reduciendo los problemas del manejo de especies a dos variables de fácil aproximación: el ritmo de vida y la estrategia de reproducción.

Más información: Roberto Salguero-Gómez (r.salguero@uq.edu.au).

Referencias

Salguero-Gómez, R. (2017). Applications of the fast-slow continuum and reproductive strategy framework of plant life histories. New Phytologist 4: 1618–1624.

Salguero-Gómez, R., Jones, O. R., Archer, C. A. et al. (2016a). COMADRE: a global database of animal demography. Journal of Animal Ecology 85: 371-384.

Salguero-Gómez, R., Jones, O. R., Jongejans, E. et al. (2016b). The fast-slow continuum and reproductive strategies structure plant life history variation worldwide. PNAS 113: 230-235.

Salguero-Gómez, R., Jones, O. R., Archer, C. A. et al. (2015). The COMPADRE Plant Matrix Database: an online repository for plant population dynamics. Journal of Ecology 103: 202-218.

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