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Informática de la biodiversidad

La bioinformática es la aplicación de técnicas informáticas a la información sobre biodiversidad , como la taxonomía , la biogeografía o la ecología . Se define como la aplicaci...

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La bioinformática es la aplicación de técnicas informáticas a la información sobre biodiversidad , como la taxonomía , la biogeografía o la ecología . Se define como la aplicación de tecnologías de la información a la gestión, exploración algorítmica, análisis e interpretación de datos primarios sobre la vida, particularmente en la organización a nivel de especie. [ 1 ] Las técnicas informáticas modernas pueden generar nuevas formas de visualizar y analizar la información existente, así como predecir situaciones futuras (véase modelado de nichos ).

La bioinformática es un término acuñado alrededor de 1992, pero gracias al rápido crecimiento de los conjuntos de datos, se ha vuelto útil en numerosos estudios y aplicaciones, como la creación de bases de datos taxonómicas o sistemas de información geográfica . La bioinformática se diferencia de la bioinformática , término que a menudo se utiliza como sinónimo del procesamiento informatizado de datos en el ámbito especializado de la biología molecular .

Descripción general

La bioinformática aplicada a la biodiversidad (diferente pero vinculada a la bioinformática) consiste en la aplicación de métodos de tecnología de la información a la organización, el acceso, la visualización y el análisis de datos primarios de biodiversidad. Estos datos se componen de nombres, observaciones y registros de especímenes, así como de datos genéticos y morfológicos asociados a cada espécimen. La bioinformática aplicada a la biodiversidad también puede tener que gestionar información de taxones no identificados, como la obtenida mediante el muestreo ambiental y la secuenciación de muestras de campo mixtas.

El término informática de la biodiversidad también se utiliza para abarcar los problemas computacionales específicos de los nombres de entidades biológicas, como el desarrollo de algoritmos para gestionar las distintas representaciones de identificadores, como los nombres de especies y las autoridades, y los múltiples esquemas de clasificación en los que pueden residir estas entidades según las preferencias de los diferentes investigadores del sector, así como la sintaxis y la semántica que permiten que el contenido de las bases de datos taxonómicas sea consultable por máquinas e interoperable para fines de informática de la biodiversidad.

Historia de la disciplina

Se puede considerar que la bioinformática comenzó con la construcción de las primeras bases de datos taxonómicas computarizadas a principios de la década de 1970, y progresó a través del desarrollo posterior de herramientas de búsqueda distribuidas hacia finales de la década de 1990, incluyendo el Species Analyst de la Universidad de Kansas, la Red Norteamericana de Información sobre Biodiversidad NABIN, CONABIO en México, INBio en Costa Rica y otros, [ 2 ] el establecimiento del Sistema Mundial de Información sobre Biodiversidad en 2001, y el desarrollo paralelo de una variedad de modelos de nicho y otras herramientas para operar con datos de biodiversidad digitalizados desde mediados de la década de 1980 en adelante (por ejemplo, ver [ 3 ] ).

En septiembre de 2000, la revista estadounidense Science dedicó un número especial a "Bioinformática para la biodiversidad" [ 4 ], la revista Biodiversity Informatics comenzó a publicarse en 2004, y varias conferencias internacionales a lo largo de la década de 2000 reunieron a profesionales de la bioinformática, incluida la conferencia e-Biosphere de Londres en junio de 2009. Un suplemento de la revista BMC Bioinformatics (Volumen 10 Supl. 14 [ 5 ] ) publicado en noviembre de 2009 también trata sobre bioinformática.

Historia del término

Según la correspondencia reproducida por Walter Berendsohn, [ 6 ] el término "Informática de la Biodiversidad" fue acuñado por John Whiting en 1992 para abarcar las actividades de una entidad conocida como el Consorcio Canadiense de Informática de la Biodiversidad, un grupo dedicado a fusionar información básica sobre biodiversidad con economía ambiental e información geoespacial en forma de GPS y SIG . Posteriormente, parece haber perdido cualquier conexión obligatoria con el mundo del GPS/SIG y estar asociado con la gestión informatizada de cualquier aspecto de la información sobre biodiversidad (por ejemplo, véase [ 7 ] ).

Taxonomía digital (sistemática)

Lista global de todas las especies

Un objetivo principal de la bioinformática es la creación de una lista maestra completa de las especies actualmente reconocidas en el mundo . Este objetivo se ha logrado en gran medida gracias al proyecto Catálogo de la Vida , que incluye más de 2 millones de especies en su Lista de Verificación Anual de 2022. [ 8 ] Un esfuerzo similar para los taxones fósiles, la Base de Datos de Paleobiología [ 9 ] documenta más de 100 000 nombres de especies fósiles, de un número total desconocido.

Nombres científicos de género y especie como identificadores únicos

La aplicación del sistema linneano de nomenclatura binomial para las especies y de nomenclatura uninominal para los géneros y rangos superiores ha traído consigo muchas ventajas, pero también problemas con los homónimos (el mismo nombre se utiliza para varios taxones, ya sea de forma inadvertida o legítima, en varios reinos), los sinónimos (varios nombres para el mismo taxón), así como representaciones variantes del mismo nombre debido a diferencias ortográficas, pequeños errores de ortografía, variaciones en la forma de citar los nombres de los autores y las fechas, y más.

Además, los nombres pueden cambiar con el tiempo debido a la evolución de las opiniones taxonómicas (por ejemplo, la correcta clasificación genérica de una especie o la elevación de una subespecie a la categoría de especie, o viceversa), y la delimitación de un taxón también puede variar según los conceptos taxonómicos de diferentes autores. Una solución propuesta a este problema es el uso de identificadores de ciencias biológicas ( LSID ) para la comunicación entre máquinas, si bien existen tanto defensores como detractores de este enfoque.

Una clasificación consensuada de los organismos

Los organismos pueden clasificarse de múltiples maneras (véase la página principal Clasificación biológica ), lo que puede generar problemas de diseño para los sistemas de bioinformática destinados a incorporar una o varias clasificaciones que se adapten a las necesidades de los usuarios, o a guiarlos hacia un único sistema "preferido". Si bien la posibilidad de alcanzar un sistema de clasificación consensuado es probablemente una incógnita, el Catálogo de la Vida ha encargado trabajos en este ámbito [ 10 ] , que culminaron con un sistema publicado en 2015 por M. Ruggiero y colaboradores [ 11 ] .

Mapas de biodiversidad

Diagrama de flujo de datos para la recopilación de datos de mapas de biodiversidad. Muestra: Recopiladores y responsables del mantenimiento de datos espaciotemporales de especies y tipos de datos utilizados en los mapas de biodiversidad. Los colaboradores individuales proporcionan mapas de distribución de especies, hábitats comunes para una especie determinada e información sobre su adaptación local . Las organizaciones más grandes proporcionan listas de verificación agregadas e información de distribución de colaboradores individuales, así como datos de estudios. Las bases de datos de puntos almacenan registros que describen la ubicación exacta, la especie y las características de un avistamiento.
Un mapa de riqueza de especies es un tipo de mapa de biodiversidad que utiliza colores para mostrar la cantidad o densidad de especies en un área. Este mapa muestra el número de especies de aves en todo el continente americano. Los tonos azules más oscuros representan áreas con mayor riqueza de especies.

Los mapas de biodiversidad proporcionan una representación cartográfica de los datos espaciales de biodiversidad. [ 12 ] Estos datos pueden utilizarse junto con las listas de especies para apoyar los esfuerzos de conservación de la biodiversidad . Los mapas de biodiversidad pueden ayudar a revelar patrones de distribución de especies y cambios en su área de distribución. Esto puede reflejar la pérdida de biodiversidad, la degradación del hábitat o cambios en la composición de especies . Combinados con datos de desarrollo urbano , los mapas pueden servir de base para la gestión del territorio mediante la modelización de escenarios que podrían afectar a la biodiversidad.

Los mapas de biodiversidad se pueden producir de diversas maneras: tradicionalmente, los mapas de distribución se dibujaban a mano basándose en informes bibliográficos, pero cada vez se utilizan más datos a gran escala, por ejemplo, de proyectos de ciencia ciudadana (como iNaturalist ) y colecciones de museos digitalizadas (como VertNet ). Las herramientas SIG como ArcGIS o los paquetes de R como dismo pueden ayudar específicamente en el modelado de la distribución de especies (modelado de nicho ecológico) e incluso predecir los impactos del cambio ecológico en la biodiversidad. [ 13 ] GBIF , OBIS e IUCN son grandes repositorios web de datos espaciotemporales de especies que proporcionan muchos mapas de biodiversidad existentes.

Movilización de información primaria sobre biodiversidad

La información primaria sobre biodiversidad puede considerarse como los datos básicos sobre la presencia y diversidad de especies (o, de hecho, de cualquier taxón reconocible), generalmente junto con información sobre su distribución espacial, temporal o ambas. Dicha información puede consistir en especímenes conservados e información asociada, por ejemplo, en las colecciones de historia natural de museos y herbarios , o en registros de observación, como los procedentes de estudios faunísticos o florísticos formales realizados por biólogos profesionales y estudiantes, o en observaciones de aficionados y otras observaciones planificadas o no planificadas, incluidas las que cada vez se incluyen más en el ámbito de la ciencia ciudadana . Proporcionar acceso digital coherente y en línea a esta vasta colección de datos primarios dispares es una función esencial de la bioinformática, que constituye el núcleo de las redes de datos de biodiversidad regionales y globales, como OBIS y GBIF .

Como fuente secundaria de datos de biodiversidad, la literatura científica relevante puede ser analizada por humanos o (potencialmente) por algoritmos especializados de recuperación de información para extraer la información primaria relevante sobre biodiversidad que se reporta en ella, a veces en forma agregada/resumida, pero frecuentemente como observaciones primarias en forma narrativa o tabular. Elementos de dicha actividad (como la extracción de identificadores taxonómicos clave, palabras clave/ términos de índice , etc.) se han practicado durante muchos años a un nivel superior por bases de datos académicas y motores de búsqueda seleccionados . Sin embargo, para obtener el máximo valor de la Biodiversidad Informatica, los datos de ocurrencia primaria reales deberían recuperarse idealmente y luego ponerse a disposición en un formato o formatos estandarizados; por ejemplo, tanto los proyectos Plazi como INOTAXA están transformando la literatura taxonómica en formatos XML que luego pueden ser leídos por aplicaciones cliente, el primero usando TaxonX-XML [ 15 ] y el segundo usando el formato taXMLit. La Biblioteca del Patrimonio de la Biodiversidad también está logrando avances significativos en su objetivo de digitalizar partes sustanciales de la literatura taxonómica libre de derechos de autor, la cual luego se somete al reconocimiento óptico de caracteres (OCR) para que pueda procesarse posteriormente utilizando herramientas de informática de la biodiversidad.

Normas y protocolos

Al igual que otras disciplinas relacionadas con los datos, la Informática de la Biodiversidad se beneficia de la adopción de estándares y protocolos apropiados para respaldar la transmisión entre máquinas y la interoperabilidad de la información dentro de su dominio particular. Ejemplos de estándares relevantes incluyen el esquema XML Darwin Core para datos de biodiversidad basados ​​en especímenes y observaciones desarrollado a partir de 1998, además de extensiones del mismo, el Esquema de Transferencia de Conceptos Taxonómicos, [ 16 ] además de estándares para Datos Descriptivos Estructurados, [ 17 ] y Acceso a Datos de Colecciones Biológicas (ABCD); [ 18 ] mientras que los protocolos de recuperación y transferencia de datos incluyen DiGIR (ahora mayormente reemplazado) y TAPIR (Protocolo de Acceso TDWG para la Recuperación de Información). [ 19 ] Muchos de estos estándares y protocolos son mantenidos actualmente, y su desarrollo supervisado, por Estándares de Información de la Biodiversidad (TDWG) .

Actividades actuales

En la conferencia e-Biosphere de 2009 en el Reino Unido, [ 20 ] se adoptaron los siguientes temas, lo que es indicativo de una amplia gama de actividades actuales de Informática de la Biodiversidad y cómo podrían categorizarse:

  • Aplicación: Conservación / Agricultura / Pesca / Industria / Silvicultura
  • Aplicación: Especies exóticas invasoras
  • Aplicación: Biología sistemática y evolutiva
  • Aplicación: Sistemas de taxonomía e identificación
  • Nuevas herramientas, servicios y estándares para la gestión y el acceso a los datos.
    • Nuevas herramientas de modelado
    • Nuevas herramientas para la integración de datos
    • Nuevos enfoques para la infraestructura de la biodiversidad
    • Nuevos enfoques para la identificación de especies
    • Nuevos enfoques para el mapeo de la biodiversidad
  • Bases de datos y redes nacionales y regionales de biodiversidad

Un taller posterior a la conferencia con personas clave con funciones significativas actuales en el campo de la bioinformática también dio como resultado una Resolución del Taller que enfatizó, entre otros aspectos, la necesidad de crear registros globales duraderos para los recursos que son básicos para la bioinformática (por ejemplo, repositorios, colecciones); completar la construcción de una infraestructura taxonómica sólida; y crear ontologías para datos de biodiversidad. [ 21 ]

Proyectos de ejemplo

Global:

Proyectos regionales/nacionales:

  • Fauna Europaea
  • Atlas de la vida en Australia
  • Infraestructura de directorios de especies paneuropeos (PESI)
  • Simbionte
  • iDigBio , Biocolecciones Digitalizadas Integradas (EE. UU.)
  • Proyecto i4Life
  • Sistema de Información sobre Biodiversidad de Colombia
  • Portal de Biodiversidad de la India (IBP)
  • Portal de Biodiversidad de Bután (BBP)
  • Identificación y conocimiento de malezas en el Océano Índico occidental (WIKWIO)
  • LifeWatch es una propuesta de ESFRI como infraestructura (electrónica) de investigación paneuropea para apoyar la investigación y la formulación de políticas en materia de biodiversidad.
  • Atlas de la vida de Vermont

En la base de datos "Proyectos de Información sobre Biodiversidad del Mundo" del TDWG se puede encontrar una lista de más de 600 actividades actuales relacionadas con la bioinformática. [ 22 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Soberón, J.; Peterson, AT (2004). "Informática de la biodiversidad: Gestión y aplicación de datos primarios de biodiversidad". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 359 (1444): 689– 698.
  2. ↑ Krishtalka L, Humphrey PS (2000). "¿Pueden los museos de historia natural capturar el futuro?" . BioScience . 50 (7): 611– 617. doi : 10.1641/0006-3568(2000)050 [ 0611:CNHMCT ] 2.0.CO ; 2 . hdl : 1808/16508 .
  3. ↑ Peterson AT, Vieglais D (2001). "Predicción de invasiones de especies mediante modelado de nichos ecológicos: nuevos enfoques de la bioinformática abordan un problema urgente" . BioScience . 51 (5): 363– 371. doi : 10.1641/0006-3568(2001)051 [ 0363:PSIUEN ] 2.0.CO ; 2 .
  4. ↑ "¿Bioinformática para la biodiversidad?" . Science . 289 : 2229– 2440. 2000.
  5. ↑ "Informática de la biodiversidad" . BMC Bioinformatics . 10 Suppl 14. 2009. Archivado del original el 27 de enero de 2010. Consultado el 15 de noviembre de 2009 .
  6. ↑ ""Informática de la biodiversidad", El término" . Consultado el 6 de agosto de 2009 .
  7. ↑ Bisby FA; et al. (2000). "La revolución silenciosa: la informática de la biodiversidad y la Internet". Science . 289 (5488): 2309– 2312. Bibcode : 2000Sci...289.2309B . doi : 10.1126/science.289.5488.2309 . PMID 11009408 . S2CID 31852825 .   
  8. ↑ "Catálogo de la Vida - Lista de verificación anual 2016: La lista de verificación anual 2016" . www.catalogueoflife.org . Consultado el 8 de septiembre de 2021 .
  9. ↑ "la base de datos de paleobiología" . Consultado el 6 de agosto de 2009 .
  10. ↑ "Hacia una jerarquía de gestión (clasificación) para el Catálogo de la Vida. Borrador del documento de debate del Dr. Dennis P. Gordon, mayo de 2009" . Archivado del original el 8 de agosto de 2009. Consultado el 6 de agosto de 2009 .
  11. ↑ Ruggiero, MA; Gordon, DP; Orrell, TM; Bailly, N.; Bourgoin, T.; Brusca, RC; et al. (2015). "Una clasificación de nivel superior de todos los organismos vivos" . PLOS ONE . 10 (4) e0119248. Bibcode : 2015PLoSO..1019248R . doi : 10.1371/ journal.pone.0119248 . PMC 4418965. PMID 25923521 .   
  12. ↑ "Mapas de biodiversidad: Transformando datos en herramientas visuales para acciones significativas en la conservación de la biodiversidad -" . 30 de noviembre de 2016. Consultado el 5 de mayo de 2022 .
  13. ↑ Elith, Jane; Franklin, Janet (2013), "Modelado de distribución de especies" , Enciclopedia de la Biodiversidad , Elsevier, pp. 692–705 , doi : 10.1016/b978-0-12-384719-5.00318-x , ISBN  978-0-12-384720-1, S2CID 82987545 , consultado el 05-05-2022 
  14. ↑ Jetz, Walter; McPherson, Jana M.; Guralnick, Robert P. (2012). "Integrando el conocimiento de la distribución de la biodiversidad: hacia un mapa global de la vida" . Trends in Ecology & Evolution . 27 (3): 151– 159. Bibcode : 2012TEcoE..27..151J . doi : 10.1016/j.tree.2011.09.007 . PMID 22019413 . 
  15. ↑ "TaxonX" . SourceForge . 22 de febrero de 2019. Consultado el 8 de septiembre de 2021 .
  16. ↑ "Esquema de Transferencia de Conceptos Taxonómicos (TCS)" . Estándares de Información sobre Biodiversidad (TDWG).
  17. ↑ "Datos descriptivos estructurados" . Estándares de información sobre biodiversidad (TDWG).
  18. ↑ "Acceso a datos de colecciones biológicas (ABCD)" . Estándares de información sobre biodiversidad (TDWG).
  19. ↑ "GitHub - tdwg/tapir: Protocolo de acceso TDWG para la recuperación de información (TAPIR)" . GitHub . 16 de junio de 2020. Consultado el 8 de septiembre de 2021 .
  20. ↑ "Inicio" . e-biosphere09.org .
  21. ↑ "Copia archivada" (PDF) . www.e-biosphere09.org . Archivado del original (PDF) el 26 de febrero de 2012. Consultado el 12 de enero de 2022 .{{cite web}}: CS1 mantenimiento: copia archivada como título ( enlace )
  22. ↑ "TDWG: Proyectos de Información sobre Biodiversidad del Mundo" . www.tdwg.org . Archivado del original el 14 de julio de 2009. Consultado el 12 de enero de 2022 .

Lecturas adicionales

  • Grupo de Trabajo sobre Informática Biológica del Foro de Megaciencia de la OCDE (1999). Informe final del Grupo de Trabajo sobre Informática Biológica del Foro de Megaciencia de la OCDE, enero de 1999. págs. 1–74 . Archivado del original el 5 de marzo de 2009. Consultado el 21 de marzo de 2018 . 
  • Canhos, VP; Souza, S.; Giovanni, R.; Canhos, DAL (2004). "Informática global de la biodiversidad: preparando el terreno para un "nuevo mundo" de modelado ecológico" . Biodiversity Informatics . 1 : 1–13 . doi : 10.17161/bi.v1i0.3 .
  • Soberón, J.; Peterson, AT (2004). "Informática de la biodiversidad: gestión y aplicación de datos primarios de biodiversidad" . Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Serie B. B359 ( 1444): 689– 698. doi : 10.1098/rstb.2003.1439 . PMC 1693343. PMID 15253354 .  
  • Chapman, AD (2005). Usos de los datos primarios de ocurrencia de especies (PDF) . Copenhague: Global Biodiversity Information Facility. pp. 1–106 . Archivado del original (PDF) el 16 de febrero de 2010. Recuperado el 12 de agosto de 2009 . 
  • Johnson, NF (2007). "Informática de la biodiversidad". Annual Review of Entomology . 52 : 421–438 . doi : 10.1146/annurev.ento.52.110405.091259 . PMID 16956323 . 
  • Sarkar, IN (2007). "Informática de la biodiversidad: organización y vinculación de información en todo el espectro de la vida" . Briefings in Bioinformatics . 8 (5): 347– 357. doi : 10.1093/bib/bbm037 . hdl : 1912/1781 . PMID 17704120 . 
  • Guralnick, RP; Hill, A (2009). "Informática de la biodiversidad: Enfoques automatizados para documentar patrones y procesos de biodiversidad global" . Bioinformática . 25 (4): 421– 428. doi : 10.1093/bioinformatics/btn659 . PMID 19129210 . 
  • Informática de la Biodiversidad (revista)