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Efectos ecológicos de la biodiversidad

La diversidad de especies y genes en las comunidades ecológicas afecta el funcionamiento de estas comunidades. Estos efectos ecológicos de la biodiversidad, a su vez, se ven afe...

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La diversidad de especies y genes en las comunidades ecológicas afecta el funcionamiento de estas comunidades. Estos efectos ecológicos de la biodiversidad, a su vez, se ven afectados tanto por el cambio climático, a través del aumento de los gases de efecto invernadero , los aerosoles y la pérdida de cobertura terrestre , como por la diversidad biológica, lo que provoca una rápida pérdida de biodiversidad y la extinción de especies y poblaciones locales. La tasa actual de extinción se considera a veces una extinción masiva , con tasas de extinción de especies que son entre 100 y 1000 veces mayores que en el pasado. [ 1 ]

Las dos áreas principales donde se ha estudiado el efecto de la biodiversidad en la función del ecosistema son la relación entre diversidad y productividad, y la relación entre diversidad y estabilidad de la comunidad. [ 2 ] Las comunidades biológicamente más diversas parecen ser más productivas (en términos de producción de biomasa ) que las comunidades menos diversas, y parecen ser más estables frente a perturbaciones.

Asimismo, los animales que habitan una zona pueden alterar las condiciones de supervivencia mediante factores asimilados por el clima.

Definiciones

Para comprender los efectos que los cambios en la biodiversidad tendrán en el funcionamiento de los ecosistemas, es importante definir algunos términos. La biodiversidad no es fácil de definir, pero puede entenderse como la cantidad y/o la uniformidad de genes , especies y ecosistemas en una región . Esta definición incluye la diversidad genética , es decir, la diversidad de genes dentro de una especie; la diversidad de especies , o la diversidad de especies dentro de un hábitat o región; y la diversidad de ecosistemas, o la diversidad de hábitats dentro de una región.

Dos aspectos que se suelen medir en relación con los cambios en la diversidad son la productividad y la estabilidad . La productividad es una medida de la función del ecosistema. Generalmente se mide calculando la biomasa aérea total de todas las plantas en un área. Muchos asumen que puede utilizarse como un indicador general de la función del ecosistema y que el uso total de recursos y otros indicadores de la función del ecosistema están correlacionados con la productividad.

La estabilidad es mucho más difícil de definir, pero generalmente se puede entender de dos maneras. La estabilidad general de una población es una medida que asume que la estabilidad es mayor si hay menos probabilidad de extinción. Este tipo de estabilidad se suele medir analizando la variabilidad de las propiedades agregadas de la comunidad, como la biomasa total, a lo largo del tiempo. [ 3 ] La otra definición de estabilidad es una medida de resiliencia y resistencia, donde un ecosistema que regresa rápidamente al equilibrio después de una perturbación o resiste una invasión se considera más estable que uno que no lo hace. [ 4 ]

Productividad y estabilidad como indicadores de la salud de los ecosistemas

La importancia de la estabilidad en la ecología de comunidades es clara. Un ecosistema inestable tendrá más probabilidades de perder especies. Por lo tanto, si existe un vínculo entre diversidad y estabilidad, es probable que las pérdidas de diversidad se retroalimenten, causando aún más pérdidas de especies. La productividad, por otro lado, tiene una importancia menos clara en la ecología de comunidades. En áreas gestionadas como tierras de cultivo y en áreas donde se crían o capturan animales, el aumento de la productividad incrementa el éxito económico del área e implica que el área se ha vuelto más eficiente, lo que conduce a una posible sostenibilidad de los recursos a largo plazo . [ 5 ] Es más difícil encontrar la importancia de la productividad en los ecosistemas naturales.

Más allá del valor que tiene la biodiversidad para regular y estabilizar los procesos de los ecosistemas, la pérdida de diversidad en ciertos ecosistemas y en el mundo en general tiene consecuencias económicas directas. La pérdida de especies implica la pérdida de alimentos , medicinas , productos industriales y turismo potenciales , todo lo cual tiene un efecto económico directo en la vida de las personas. [ 6 ]

Efectos sobre la productividad de la comunidad

  • Complementariedad Se cree que la coexistencia de especies vegetales es el resultado de la partición de nichos , o diferencias en los requerimientos de recursos entre especies. Por complementariedad, una comunidad vegetal más diversa debería poder utilizar los recursos de manera más completa y, por lo tanto, ser más productiva. [ 5 ] [ 7 ] También llamado diferenciación de nichos, este mecanismo es un principio central en el enfoque de grupos funcionales , que divide la diversidad de especies en componentes funcionales. [ 8 ] [ 9 ]
  • Facilitación La facilitación es un mecanismo mediante el cual ciertas especies ayudan o permiten que otras especies crezcan modificando el ambiente de una manera que sea favorable para una especie coexistente. [ 10 ] Las plantas pueden interactuar a través de un intermediario como nitrógeno, agua, temperatura, espacio o interacciones con malezas o herbívoros, entre otros. Algunos ejemplos de facilitación incluyen grandes plantas perennes del desierto que actúan como plantas nodrizas, ayudando al establecimiento de jóvenes vecinas de otras especies al aliviar el estrés hídrico y térmico, [ 11 ] y el enriquecimiento de nutrientes por fijadores de nitrógeno como las leguminosas.
  • El efecto de muestreo El efecto de muestreo de la diversidad puede entenderse como una mayor probabilidad de incluir una especie de mayor productividad inherente en una parcela más diversa. Esto proporciona un efecto de composición sobre la productividad, en lugar de que la diversidad sea una causa directa. Sin embargo, el efecto de muestreo puede ser, de hecho, una combinación de diferentes efectos. El efecto de muestreo puede dividirse en una mayor probabilidad de seleccionar una especie que 1) esté bien adaptada a las condiciones particulares del sitio, o 2) tenga una mayor productividad inherente. Además, se puede añadir al efecto de muestreo una mayor probabilidad de incluir 3) un par de especies que se complementen altamente entre sí, o 4) una especie determinada con un gran efecto facilitador sobre otros miembros de la comunidad. [ 12 ]

Revisión de datos

Los experimentos de campo para probar el grado en que la diversidad afecta la productividad de la comunidad han tenido resultados variables, pero muchos estudios a largo plazo en ecosistemas de pastizales han encontrado que la diversidad sí mejora la productividad de los ecosistemas. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Además, también se ha encontrado evidencia de esta relación en microcosmos de pastizales. Los resultados diferentes entre los estudios pueden atribuirse parcialmente a que se basan en muestras con diversidades de especies iguales en lugar de diversidades de especies que reflejen las observadas en el ambiente. [ 16 ] Un experimento de 2006 que utilizó una variación realista en la composición de especies para sus muestras de pastizales encontró una correlación positiva entre el aumento de la diversidad y el aumento de la producción. [ 16 ]

Sin embargo, estos estudios han llegado a conclusiones diferentes sobre si la causa se debió más a la diversidad o a la composición de especies . Específicamente, la diversidad en los roles funcionales de las especies puede ser una cualidad más importante para predecir la productividad que la diversidad en el número de especies. [ 16 ] Modelos matemáticos recientes han resaltado la importancia del contexto ecológico para desentrañar este problema. Algunos modelos han indicado la importancia de las tasas de perturbación y la heterogeneidad espacial del ambiente, [ 17 ] otros han indicado que el tiempo transcurrido desde la perturbación y la capacidad de carga del hábitat pueden causar relaciones diferentes. [ 18 ] Cada contexto ecológico debería producir no solo una relación diferente, sino una contribución diferente a la relación debido a la diversidad y a la composición. El consenso actual sostiene al menos que ciertas combinaciones de especies proporcionan una mayor productividad de la comunidad. [ 19 ]

Investigación futura

Para identificar correctamente las consecuencias de la diversidad en la productividad y otros procesos ecosistémicos, deben darse varias circunstancias. En primer lugar, es fundamental que los científicos dejen de buscar una única relación. Los modelos, los datos y la teoría demuestran claramente que no existe un único efecto general de la diversidad sobre la productividad . Los científicos deben intentar cuantificar las diferencias entre el efecto de la composición y el efecto de la diversidad, ya que muchos experimentos no cuantifican la diversidad de especies final (sino que solo cuentan el número de especies de semillas plantadas) y confunden el efecto del muestreo de los facilitadores (un factor compositivo) con los efectos de la diversidad.

Se deben utilizar cantidades relativas de sobreproducción (es decir, cuánto más crece una especie cuando se cultiva con otras especies que en monocultivo) en lugar de cantidades absolutas, ya que la sobreproducción relativa puede dar pistas sobre el mecanismo por el cual la diversidad influye en la productividad. Sin embargo, si los protocolos experimentales son incompletos, se puede indicar la existencia de un efecto complementario o facilitador en el experimento, pero no se puede reconocer su causa. Los experimentadores deben conocer el objetivo de su experimento, es decir, si pretende informar sobre ecosistemas naturales o gestionados, ya que el efecto del muestreo puede ser un efecto real de la diversidad solo en ecosistemas naturales (los ecosistemas gestionados se componen para maximizar la complementariedad y la facilitación independientemente del número de especies). Sabiendo esto, deberían poder elegir escalas espaciales y temporales apropiadas para su experimento. Por último, para resolver el debate diversidad-función, es recomendable que los experimentos se realicen con una gran cantidad de heterogeneidad espacial y de recursos, así como con fluctuaciones ambientales a lo largo del tiempo, ya que este tipo de experimentos debería poder demostrar la relación diversidad-función con mayor facilidad. [ 5 ]

Efectos sobre la estabilidad de la comunidad

  • Efecto de promedio Si todas las especies tienen respuestas diferenciales a los cambios en el ecosistema a lo largo del tiempo, entonces el promedio de estas respuestas causará un ecosistema temporalmente más estable si hay más especies en el ecosistema. [ 3 ] Este efecto es un efecto estadístico debido a la suma de variables aleatorias .
  • Efecto de covarianza negativa Si algunas especies prosperan mejor cuando otras no lo hacen bien, entonces, cuando hay más especies en el ecosistema, su varianza general será menor que si hubiera menos especies en el sistema. Esta menor varianza indica una mayor estabilidad. [ 20 ] Este efecto es consecuencia de la competencia , ya que las especies altamente competitivas covariarán negativamente .
  • Efecto de seguro Si un ecosistema contiene más especies, tendrá una mayor probabilidad de contar con especies estabilizadoras redundantes y un mayor número de especies que respondan a las perturbaciones de diferentes maneras. Esto mejorará la capacidad del ecosistema para amortiguar las perturbaciones. [ 21 ]
  • Resistencia a la invasión Las comunidades diversas pueden utilizar los recursos de forma más completa que las comunidades simples debido a un efecto de diversidad para la complementariedad. Por lo tanto, los invasores pueden tener un éxito reducido en ecosistemas diversos, o puede haber una menor probabilidad de que una especie invasora introduzca una nueva propiedad o proceso en un ecosistema diverso. [ 9 ] [ 22 ] [ 23 ]
  • Resistencia a las enfermedades Una disminución en el número de especies de plantas competidoras puede permitir que aumente la abundancia de otras especies, facilitando la propagación de enfermedades de esas especies. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]

Revisión de los datos de estabilidad temporal

Los modelos han predicho que las relaciones empíricas entre la variación temporal de la productividad de la comunidad y la diversidad de especies son reales, y que prácticamente tienen que serlo. Algunos datos de estabilidad temporal pueden explicarse casi por completo mediante el efecto de promediación, construyendo modelos nulos para contrastar los datos. [ 3 ] [ 13 ] La competencia, que provoca covarianzas negativas, solo sirve para reforzar estas relaciones.

Revisión de los datos de estabilidad de resistencia y resiliencia

Esta área es más controvertida que la de la estabilidad temporal, principalmente porque algunos han intentado generalizar los hallazgos de los modelos y la teoría de la estabilidad temporal a la estabilidad en general. Si bien la relación entre las variaciones temporales en la productividad y la diversidad tiene una causa matemática, lo que permite observarla con mucha más frecuencia, no ocurre lo mismo con la estabilidad de la resistencia/resiliencia. Algunos experimentadores han observado una correlación entre la diversidad y la reducción de la invasibilidad, aunque muchos también han observado lo contrario. [ 25 ] La correlación entre la diversidad y la enfermedad también es tenue, aunque la teoría y los datos parecen respaldarla. [ 24 ]

Investigación futura

Para comprender mejor los efectos de la diversidad en la estabilidad temporal de los ecosistemas, es necesario reconocer que estos efectos son inevitables. Al construir modelos nulos para contrastar los datos (como en Doak et al. 1998 [ 3 ] ), es posible identificar situaciones y contextos ecológicos donde los ecosistemas se vuelven más o menos estables de lo que deberían. Encontrar estos contextos permitiría realizar estudios mecanicistas sobre por qué estos ecosistemas son más estables, lo que podría tener aplicaciones en la gestión de la conservación .

Más importante aún, se necesitan experimentos más completos para determinar si los ecosistemas diversos realmente resisten mejor las invasiones y enfermedades que sus equivalentes menos diversos, ya que las invasiones y las enfermedades son dos factores importantes que provocan la extinción de especies en la actualidad. Para abordar estos problemas específicamente, los trabajos futuros deberían centrarse en métodos prácticos para aumentar el establecimiento exitoso de las especies deseables pero con bajo rendimiento. [ 26 ]

Teoría y efectos preliminares derivados del análisis de las redes tróficas.

Un problema importante en los debates sobre diversidad-productividad y diversidad-estabilidad, analizados hasta ahora, es que ambos se centran en las interacciones en un solo nivel trófico . Es decir, se ocupan únicamente de un nivel de la red trófica : las plantas. Otras investigaciones, ajenas a los efectos de la diversidad, han demostrado una fuerte influencia descendente en los ecosistemas (véase especies clave ). Existen muy pocos datos reales sobre los efectos de las diferentes redes tróficas, pero la teoría nos ayuda en este sentido. En primer lugar, si una red trófica en un ecosistema presenta muchas interacciones débiles entre diferentes especies, debería tener poblaciones más estables y la comunidad en su conjunto debería ser más estable. [ 4 ] Si los niveles superiores de la red son más diversos, habrá menos biomasa en los niveles inferiores, y si estos últimos son más diversos, podrán resistir mejor el consumo y serán más estables ante él. Además, la influencia descendente debería reducirse en ecosistemas menos diversos debido a la tendencia de las especies de niveles tróficos superiores a extinguirse primero. [ 27 ] Por último, se ha demostrado recientemente que los consumidores pueden alterar drásticamente las relaciones biodiversidad-productividad-estabilidad que se derivan únicamente de las plantas. [ 28 ] Por lo tanto, será importante en el futuro incorporar la teoría de las redes tróficas en el estudio de los efectos de la biodiversidad. Además, esta complejidad deberá tenerse en cuenta al diseñar planes de gestión de la biodiversidad.

Véase también

Referencias

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