Fluctuaciones ambientales: las grandes olvidadas en los estudios sobre los efectos del cambio global

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En lagos, ríos y océanos, las fluctuaciones en temperatura o en la disponibilidad de luz repercuten sobre multitud de procesos biológicos como la actividad fotosintética, la respiración, el comportamiento o la motilidad.

En ecosistemas terrestres, las variaciones térmicas o en las lluvias alteran la capacidad de los suelos para secuestrar dióxido de carbono atmosférico y la estructura de las comunidades que allí habitan.

Por tanto, las fluctuaciones ambientales desempeñan un papel clave en numerosos procesos ecológicos desarrollados por organismos tan dispares como bacterias, hongos, virus o plantas.

Efectos distintos sobre los seres vivos

A pesar de que la naturaleza es variable, nuestra compresión acerca de cómo los seres vivos responden al cambio global se ha basado en utilizar valores medios predichos por modelos matemáticos u obtenidos a través de medidas de satélite.

Los organismos experimentan, responden y se adaptan a cambios ambientales que ocurren sobre escalas de tiempo cortas (minutos, horas, días). Además, en muchos casos, tales cambios naturales (panel A) exceden los incrementos predichos para finales de siglo en los escenarios climáticos propuestos por el panel intergubernamental sobre el cambio climático (panel B).

(A) Fluctuaciones diarias en temperatura superficial experimentadas por organismos presentes en suelos de la cordillera costera de Chile (1-7/9/2019-línea marrón; datos extraidos de Spohn & Holzheu, 2021) y en el intermareal medio de Little Bay (Australia) (1-7/9/2009-línea azul; datos extraidos de Wolfe et al. 2020). (B) Cambio relativo en la temperatura superficial global para el año 2100 respecto al periodo 1850-1900. La línea negra representa las simulaciones históricas y las de líneas de color las proyecciones para los cinco escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero (IPCC, 2021).
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Por ello, las fluctuaciones ambientales no afectan del mismo modo a todos los organismos de nuestro planeta. Tal efecto depende de su tiempo de generación, es decir, el tiempo que tarda su población en duplicarse.

Organismos con tiempos de generación cortos como las bacterias –especies que se reproducen y mueren más rápidamente– pueden experimentar variaciones ambientales como las que ocurren diariamente en la temperatura ambiente durante su vida entera. Sin embargo, en aquellos con tiempos de generación largos, como las aves y mamíferos, estos cambios suponen una pequeña porción de su ciclo vital.

Así, aunque ambos grupos puedan experimentar una fluctuación ambiental dada el mismo tiempo, el número de generaciones transcurridas en el primer caso será mucho mayor. Un mayor número generacional permite a los organismos responder y adaptarse más rápido al medio ambiente.

La falacia de la media: ¿una vieja conocida?

Johan Jensen propuso a través de la falacia de la media que la respuesta de un sistema dado a condiciones promedio constantes rara vez es igual a su respuesta media de este a condiciones variables. El motivo es que las respuestas de los organismos a cambios en el medio ambiente son con frecuencia no lineales.

Esta no linealidad implica que la variación en un factor ambiental dado puede estimular la actividad biológica, comparada con la esperada en un ambiente constante, cuando ésta se localice en el lado convexo de la curva de respuesta (panel A). En contraposición, la variación ambiental puede reducir dicha actividad cuando se localice en el lado cóncavo de la misma (panel B). Estos efectos no lineales pueden verse acentuados a medida que la variación ambiental alrededor de la media aumenta.

Esquema gráfico ilustrando cómo la desigualdad de Jensen explica las potenciales sobre- (A) o subestimaciones (B) en la respuesta (R) de los organismos a condiciones ambientales fluctuantes. Rmedia representa la respuesta media de los organismos a las condiciones más bajas y altas experimentadas, mientras que R es la respuesta de éstos bajo condiciones medioambientales medias y constantes.

Aunque esta desigualdad matemática fue propuesta por Jensen hace más de un siglo, actualmente sigue siendo ignorada por la biología del cambio global. La escasa consideración recibida estriba en la dificultad de comprender las respuestas de los organismos ante distintos variables ambientales que operan y varían al mismo tiempo.

Hacia dónde orientar la investigación sobre el cambio global

En un estudio reciente publicado en la revista PNAS, mostramos que los efectos derivados de múltiples factores de cambio global como la acidificación, el calentamiento, cambios en la concentración de oxígeno, de luz y de recursos tienden a ser aditivos cuando se tienen en cuenta las fluctuaciones ambientales en dichos factores.

Nuestros resultados cuestionan la visión dominante en ecología de que los factores asociados al cambio global tienden a ejercer efectos interactivos, es decir, que el efecto de un factor ambiental es exacerbado o atenuado por el efecto de otro factor, de modo que el efecto combinado de ambos es mayor o menor, respectivamente, que la suma de los efectos individuales. Asimismo, evidenciamos que el tipo de interacción detectada varía dependiendo del grupo de organismos (animales, bacterias, hongos, plantas, o protistas) y grupo trófico (heterótrofos: aditivos y autótrofos: interactivos) estudiado.

A través de este análisis, también identificamos cuatro aspectos principales que requieren investigación futura:

  • Incluir la desigualdad de Jensen en estudios experimentales y de modelado para predecir la vulnerabilidad de organismos y ecosistemas al cambio global.

  • Evaluar los efectos del cambio global bajo condiciones fluctuantes sobre comunidades, dado que cualquier alteración en un nivel trófico puede propagarse a otros niveles tróficos.

  • Cuantificar los efectos de otras variables asociadas al cambio global que actualmente están poco estudiadas (cambios en disponibilidad de luz, oxígeno, recursos, etc).

  • Explorar el papel que las fluctuaciones ambientales podrían desempeñar en la respuesta de los ecosistemas polares al cambio global.

Medir el medio ambiente que los organismos experimentan y cuantificar cómo responden a sus variaciones, usando experimentos y observaciones de campo, es un reto que nos proporcionará una nueva perspectiva acerca del papel que la variabilidad ambiental tiene sobre la estructura y funcionamiento de los ecosistemas.

Estos hallazgos supondrán una base sólida para desarrollar modelos más precisos que nos permitan predecir las consecuencias del cambio global sobre la biodiversidad de nuestros ecosistemas y sobre los bienes y servicios que éstos proporcionan a la humanidad.

The Conversation

Emilio Marañón no recibe salario, ni ejerce labores de consultoría, ni posee acciones, ni recibe financiación de ninguna compañía u organización que pueda obtener beneficio de este artículo, y ha declarado carecer de vínculos relevantes más allá del cargo académico citado.

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