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SUSTENTABILIDAD

La física teórica puede ayudar a los ecosistemas

José Pablo Espíndola

La novedosa propuesta de un grupo de investigadores resulta de gran valor cuando la sustentabilidad es un concepto clave en los debates económicos y políticos a nivel internacional


Ago 11, 2018
Lectura 5 min
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Muchas veces se piensa que las ciencias básicas no tienen aplicaciones inmediatas en la vida diaria; sin embargo, un equipo interdisciplinario e internacional de científicos, entre los que participan mexicanos, desarrolló una investigación basada en la física teórica para medir la salud de los ecosistemas.

Para ello, los científicos hicieron un balance entre dos características de los ecosistemas más cercanas a nuestra cotidianeidad: la robustez y la adaptabilidad. Conocer cómo respira la vegetación fue el principal foco de atención del proyecto.

De acuerdo con los investigadores, la robustez, en el contexto de la dinámica de los ecosistemas se puede entender como estabilidad, o más formalmente, como poca sensibilidad a la aleatoriedad externa, lo cual podría ser una desventaja pues implica poca capacidad de reacción a los cambios del entorno.

Por otro lado, la adaptabilidad se refiere a la capacidad de acomodarse a las condiciones del entorno, deseable por un lado, pero en extremo implica también una alta sensibilidad a la aleatoriedad externa, lo cual podría ser una desventaja.

“Los ecosistemas con patrones temporales con pocas correlaciones pueden adaptarse fácilmente a las perturbaciones externas, pero pasadas éstas, no son capaces de regresar a sus estados iniciales, es decir: carecen de robustez; mientras aquellos con demasiada correlación son tan robustos, que no logran adaptarse a cambios del medio externo”, explica Elvia Ramírez-Carrillo, de la Universidad Autónoma Metropolitana de Xochimilco y autora principal del proyecto.

Es decir, que cuando un sistema tiene correlaciones temporales de largo alcance, éstas ocasionan que el estado futuro accesible al sistema esté fuertemente restringido por estados anteriores, de tal manera que tiende a la estabilidad o robustez.

Pero, si el sistema tiene correlaciones temporales de corto alcance, por el contrario, el estado futuro del mismo está muy poco restringido, con lo que el sistema es capaz de modificar su dinámica ante cambios externos, tendiendo a la adaptabilidad; sin embargo, podría llegar a ser muy inestable.

El estudio permitió a los investigadores conocer la capacidad de distintos ecosistemas para responder al cambio ante la influencia de los factores que impactan su biodiversidad. La propuesta resulta de gran valor cuando la sustentabilidad es un concepto clave en los debates económicos y políticos a nivel internacional.

El enfoque de esta nueva propuesta aporta conceptos matemáticos precisos para medir la salud de los ecosistemas y toma en cuenta limitaciones fundamentales en ecología. El proyecto en cuestión deriva del estudio: “Evaluación de la sostenibilidad en los ecosistemas de América del Norte utilizando la teoría de la criticalidad y la teoría de la información”, que fue publicado en “The Public Library of Science ONE” (PLOS ONE).

Para llevar a cabo la investigación en los ecosistemas, el equipo utilizó información de Ameriflux, una red de monitoreo que proporciona datos sistematizados para diversos ecosistemas de América del Norte. El interés fue saber sobre los cambios de los flujos en los ecosistemas, para conocer cómo es su respiración, pues series de tiempo de la “respiración ecosistémica” pueden pensarse como una “señal fisiológica ambiental” equivalente a la actividad cardiaca. Está analogía es clave, pues hay múltiples trabajos donde a partir de series de tiempo de la actividad eléctrica del corazón, se puede conocer el estado de salud del organismo.

Para describir los cambios en los ecosistemas, se hace uso de medidas relacionadas con su invariancia de escala, en series de tiempo de “respiración ecosistémica” y con los diferentes niveles de adaptabilidad y robustez, es decir, relacionados con su dinámica.

Así, al estudiar la forma en como las series de tiempo de la “respiración ecosistémica” fluctúan o cambian, los investigadores pueden establecer la criticalidad del sistema, entendida ésta, como la capacidad de responder de la misma forma, en diferentes escalas temporales (invariancia de escala) y con una dinámica en la que el ecosistema es suficientemente estable o robusto, pero al mismo tiempo suficientemente adaptable.

En la literatura, esta condición de criticalidad ha sido ampliamente relacionada con la condición de salud de los organismos.

El concepto de salud de los ecosistemas ha sido difuso y definido multitud de veces a través del tiempo. Por ello, Oliver López-Corona, investigador de cátedra del Consejo Nacional para la Ciencia y la Tecnología (CONACyT) en la Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad (CONABIO), destaca que  “utilizamos conceptos tomados de la física para crear un índice nuevo que abre las puertas a una narrativa unificadora de salud en múltiples escalas y tipos de sistemas, la criticalidad nos permite cuantificar la salud en sistemas animales, humanos, ecosistémicos e incluso planetarios”.

El estudio tomó aproximadamente dos años para su realización y en él participó un equipo interdisciplinario de científicos: Juan C. Toledo-Roy, del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM; Luis Osorio-Olvera, del posgrado de Ciencias Biológicas de la Facultad de Ciencias de la UNAM; Julián Equihua y Everardo Robredo, de la CONABIO; Vanessa Pérez-Cirera, de la Universidad Iberoamericana; y Alejandro Frank, del Centro de Ciencias de la Complejidad (C3) de la UNAM.


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