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Con modelamiento matemático predicen comportamiento de ecosistemas terrestres

Equipo integrado por investigadores del Centro GEMA de Genómica, Ecología y Medioambiente, analiza interacción de plantas y especies invasoras de polinizadores, en el mantenimiento de la biodiversidad del planeta.


Más del 70% de los cultivos agrícolas de mayor consumo humano, requieren de la polinización. Sin embargo, actualmente existe una disminución importante del número de insectos y otros animales que realizan esta tarea, lo que pondría en peligro el correcto funcionamiento de los ecosistemas terrestres, así como la provisión de alimentos y materias primas indispensables para la humanidad. Tomando esta premisa y a través de métodos matemáticos y computacionales, un equipo multidisciplinario de investigadores, liderado por Rodrigo Ramos Jiliberto, del Centro de Genómica, Ecología y Medioambiente, GEMA, de la Universidad Mayor, está analizando  las dinámicas de interacción entre plantas y sus polinizadores a gran escala. Los últimos resultados de sus estudios, en colaboración con Fernanda Valdovinos, de la Universidad de Michigan, fueron publicados recientemente en la revista especializada Nature Communications.

“Estos sistemas son muy importantes porque sabemos que aproximadamente el 90% de las plantas superiores sobre la Tierra, dependen total o parcialmente para su reproducción de la polinización por animales, fundamentalmente insectos y dentro de éstos, las abejas. Entonces, entender cómo se mantiene la estructura e integridad de esta red de interacción entre especies vegetales y sus polinizadores, significa comprender cómo se mantiene la biodiversidad del planeta, porque a partir de esta interrelación se construye el resto de la red de componentes biológicos de los sistemas terrestres”, señala Rodrigo Ramos Jiliberto.

El Profesor Titular de la Universidad Mayor, explica que tomando en consideración distintos factores y variables de estudio, el equipo de investigación desarrolló un modelo matemático de estos sistemas biológicos, para luego analizarlo exhaustivamente a través de simulación computacional, lo que permite obtener gran cantidad de resultados e interpretarlos en un menor tiempo, sin necesidad de realizar un trabajo en terreno. Esto se conoce como ecología teórica.

Ecología teórica y simulación computacional

“La ecología teórica permite abordar preguntas que son muy difíciles de responder con herramientas experimentales tradicionales. Trabajamos con sistemas a gran escala, en procesos que tardan decenios en manifestarse, con cientos de especies y miles de variables que no podemos llevar al laboratorio, pero que sí es posible simular en un computador. Entonces es una herramienta complementaria a los trabajos de campo que hacen los ecólogos y permite abordar interrogantes que no se pueden de otra manera”, enfatiza el Doctor en Ciencias Naturales de la Universidad de Munich.

La ecología teórica ha tenido un desarrollo relativamente lento en Chile, debido a que existen pocos ecólogos que conduzcan esta línea de investigación. El Dr. Ramos Jiliberto explica que esto se debe principalmente a que la formación de profesionales del ámbito de la biología no profundiza lo suficiente en el área de la matemática e informática. “En el mundo actual y para el mundo del futuro, necesitamos ofrecer una formacion profesional interdisciplinaria, que debiera comenzar en la escuela”, comenta.

“Originalmente, el uso de modelos matemáticos en ecología partió desde los matemáticos, quienes manejaban poca biología y realizaban sofisticados ejercicios con alguna inspiración biológica. La verdadera fusión entre ambas disciplinas comenzó en los años ‘70, por lo tanto, es mucho más reciente que otras líneas de investigación en ciencias naturales y esto se enriqueció definitivamente cuando se hicieron populares los computadores personales y pudimos hacer simulación de sistemas naturales más realistas, ya que en sus inicios la ecología teórica operaba resolviendo ecuaciones a mano. Esto nos limitaba a trabajar con sistemas muy simples, de unas pocas especies en interacción. Hoy, con el uso de computadores de última generación, es posible resolver sistemas de ecuaciones de miles de variables, pudiendo acercarnos bastante a la complejidad real de los ecosistemas”, profundiza el académico.

Crisis global de los polinizadores

La gran mayoría de cultivos vegetales destinados al consumo humano necesitan de la polinización por abejas. Estos insectos lo hacen con el girasol que da lugar al aceite, y también con las plantas de café, té y cacao, entre muchas otras. Además, su labor es clave para que exista el forraje que comen animales como vacas y asimismo, ayudan en el sector textil polinizando las plantas de algodón. Sin embargo, actualmente existe una crisis a nivel global que afecta a la disponibilidad de polinizadores.

Rodrigo Ramos Jiliberto enfatiza que se ha reportado una disminución sostenida en su número en la naturaleza, tanto en los polinizadores nativos como en los introducidos, lo que pone en serio riesgo tanto la producción de alimentos, como la integrdad y persistencia de los ecosistemas naturales.

“Las razones por las que han ido declinando no están absolutamente claras, pero al parecer corresponden a un conjunto de causas relacionadas con la destrucción de los hábitat naturales, la contaminación derivada de agroquímicos en el sector agrícola, el cambio climático y la incidencia de patógenos que afectan a los mismos polinizadores. Y para entender definitivamente el destino de algunas especies de la naturaleza tenemos que considerar explícitamente el hecho de que las especies son interdependientes, se influyen recíprocamente”, aclara Ramos Jiliberto.



Especies introducidas

Especies introducidas son aquellas que llegan y se establecen en un ecosistema por medios no naturales. “El hombre las introduce intencionalmente y otras veces accidentalmente”, comenta. En el primer caso, el ingreso puede ser con fines ornamentales, como mascotas, o para proveer un servicio a la agricultura, por ejemplo, a través de controladores biológicos o polinizadores, o mediante la caza deportiva, entre otras razones. No obstante, repentinamente su control se va de las manos, pudiendo causar daños severos en el ecosistema. De hecho, buena parte de las extinciones de especies nativas en la actualidad son consecuencia de la introducción de especies exóticas. La de tipo accidental suele ocurrir con microorganismos, que pueden venir en la suela de los zapatos, en el agua de arrastre de barcos, o en cualquier objeto que sirva de refugio o alimento.

El investigador de GEMA explica que los científicos de su equipo se preguntaron qué determina el éxito de las especies introducidas en los ecosistemas y el impacto negativo de las mismas. “La destrucción o fragmentación de hábitat, cambio climático, contaminación, sobreexplotación o caza indiscriminada de especies, y las especies introducidas o invasivas, son las mayores causas de la crisis de biodiversidad que sufre actualmente el planeta”, comenta el experto.


“Lo que hicimos fue simular en un sistema modelizado de interacciones planta – polinizador,  la introducción de polinizadores exóticos con diferentes características biológicas. Pero además, simulamos distintos atributos estructurales del sistema que recibe a las especies introducidas. Ocupamos especies genéricas, sin nombre, con ciertos rasgos funcionales y características biológicas. Asimismo, emulamos ecosistemas receptores de distinto nivel de complejidad estructural”, agrega.


De esta manera descubrieron que la probabilidad que una especie de polinizador exótico invada un ecosistema nativo depende de atributos biológicos del invasor y particularmente de la eficiencia de polinización. Sin embargo, el impacto negativo de las especies introducidas estaría determinado por la estructura del ecosistema receptor.