El Amazonas y las laderas andinas adyacentes en América del Sur albergan una asombrosa riqueza de plantas y animales. Estas especies han sido fuentes de alimento, refugio y medicina desde la llegada de los humanos y un objetivo de curiosidad científica desde los días de los primeros exploradores naturalistas europeos.
¿Qué procesos producen tales puntos calientes de riqueza de especies y por qué la biodiversidad disminuye gradualmente hacia latitudes más altas y climas más secos? Los científicos han propuesto muchas explicaciones competitivas, pero no hay una manera fácil de probarlas. Como biogeógrafos, aquellos de nosotros que estudiamos la geografía de la vida en el planeta, no tenemos la opción de llevar a cabo experimentos del mundo real. Sería poco práctico y poco ético emprender introducciones masivas o exterminios de especies y luego esperar siglos o milenios para obtener resultados.
En cambio, como se informó en nuestro estudio reciente publicado en la revista Science, reunimos a un equipo interdisciplinario de biogeógrafos y modeladores climáticos para crear un mundo virtual, un lugar para hacer experimentos virtuales. El mundo que recreamos fue una simulación de la vida en un lapso de tiempo en el continente de América del Sur, desde hace 800, 000 años hasta el presente, a través de los climas de los últimos ocho ciclos glaciales. Si los patrones de biodiversidad producidos en este mundo simulado produjeran patrones de diversidad razonablemente realistas, entonces podríamos estar seguros de que los procesos ecológicos y evolutivos integrados en la simulación fueron correctos.
Lo que encontramos fue una sorpresa más allá de nuestras mejores expectativas. Los mapas de la diversidad de especies de América del Sur que surgieron de nuestras simulaciones se parecían notablemente a los mapas de aves, mamíferos y plantas vivas. Además, las simulaciones confirmaron corredores de migración intermitente entre los Andes y la selva tropical del Atlántico en el sureste de Brasil. Estas regiones están actualmente aisladas unas de otras por climas más secos, pero los científicos han sospechado durante mucho tiempo que existían conexiones, basadas en la presencia de especies vivas estrechamente relacionadas en ambas regiones.
Vida virtual en un mundo virtual
Cada simulación comenzó con una sola especie imaginaria, sembrada en algún lugar de un mapa topográfico detallado de América del Sur. En pasos de 500 años, un total de 1.600 pasos en total, el clima se actualizó con un modelo de paleoclima de última generación creado por nuestros colegas Neil Edwards y Phil Holden en The Open University en el Reino Unido.
En total, ejecutamos más de mil simulaciones, cada una con una combinación diferente de configuraciones para solo cuatro variables:
- Cuánto tiempo debe aislarse una población para convertirse en una nueva especie
- Qué tan rápido pueden evolucionar las especies para sobrevivir, en respuesta al cambio climático
- Qué tan lejos puede moverse una especie a través de un hábitat inadecuado
- Qué tan estrechamente compiten las especies estrechamente relacionadas entre sí.
¿Por qué fue tan sorprendente la fuerte correspondencia entre nuestros mapas simulados de riqueza de especies y los mapas del mundo real para pájaros, mamíferos y plantas? Porque nuestras simulaciones solo cubrieron una pequeña porción de tiempo en la larga historia de América del Sur. Ochocientos mil años pueden parecer un tiempo profundo, pero América del Sur se separó de África hace 130 millones de años, y los Andes comenzaron su ascenso hace 25 millones de años. Ahora se sabe que una lista creciente de grupos de plantas y animales de América del Sur se ha diversificado durante el último Cuaternario, aproximadamente los últimos 800, 000 años, pero la mayoría de las especies en el continente son mucho más antiguas.
También nos sorprendió que nuestros mapas simulados se parecieran tanto a los patrones reales de riqueza de especies, porque nuestros mapas no estaban guiados por ningún patrón objetivo particular de diversidad. Se construyeron estrictamente sobre procesos fundamentales, tal como se entiende a partir de la investigación básica en ecología y biología evolutiva. Por ejemplo, modelamos la adaptación evolutiva a los extremos climáticos utilizando principios y ecuaciones de la genética de poblaciones.
De la cuna al museo a la tumba
Las especies vivas hoy son sobrevivientes. Son las puntas superiores de los árboles evolutivos con muchas ramas muertas debajo, que representan extinciones en el pasado. Los biólogos evolutivos ahora pueden inferir, en muchos casos, dónde pueden haber vivido los antepasados de las especies vivas. Las regiones donde las especies proliferaron en el pasado han pasado a llamarse "cunas" de especiación. Por ejemplo, las laderas andinas han sido consideradas durante mucho tiempo un punto caliente de especiación.
El primer diagrama de Charles Darwin de un árbol evolutivo, de su primer cuaderno sobre transmutación de especies (1837). Sus notas aclaran que entendió que las extinciones son un elemento esencial de la evolución: "De este modo, los géneros se formarían teniendo relación con los tipos antiguos con varias formas extintas". (Dominio publico) Las regiones donde las especies han persistido durante períodos especialmente largos se denominan "museos". Cualquier región, como el Amazonas, donde persisten muchas especies antiguas puede considerarse un museo biogeográfico. Por el contrario, calcular dónde deben colocarse las ramas muertas en el árbol evolutivo en el mapa, las "tumbas", es prácticamente imposible al estudiar la geografía de los sobrevivientes vivos.
A través de nuestras simulaciones, seguimos y mapeamos toda la "trayectoria de vida" de cada especie virtual, desde la cuna hasta la tumba, en el espacio y en el tiempo.
A medida que el clima cambia paso a paso en una simulación, el rango geográfico de una especie (su ubicación en el mapa) puede estar fragmentado por un clima inadecuado. Si un fragmento persiste de forma aislada el tiempo suficiente, se declara una nueva especie. El tiempo de fragmentación y la ubicación de dicho fragmento durante este período de aislamiento define el "segmento de la cuna" de su trayectoria de vida.
Cuando y si una especie virtual se extingue, registramos el tiempo y graficamos en el mapa la ubicación de la disminución hacia la extinción, que representa el "segmento grave" de la trayectoria de vida de la especie. El tiempo y el lugar en que cada especie persiste entre la etapa de la cuna y la etapa grave define el "segmento del museo" de su trayectoria de vida.
Nuestras simulaciones produjeron mapas de cunas, museos y, por primera vez, tumbas. Los mapas confirmaron que las laderas orientales de los Andes y el oeste de la Amazonía son cunas de especiación. Las tumbas de extinción coincidieron con las cunas en algunas regiones, como el Amazonas, y fueron desplazadas de las cunas en otras, como los Andes. La ladera oriental de los Andes tropicales demostró ser no solo una cuna, sino también un rico museo de biodiversidad.
También hicimos un seguimiento de cuándo la especiación y la extinción alcanzaron su punto máximo y disminuyeron en el transcurso de las simulaciones, y descubrimos que los ciclos glaciales impulsaron ambos procesos. Los picos de extinción tienden a seguir picos de especiación en períodos de calentamiento rápido al final de los períodos glaciares fríos.
La dinámica del clima y la topografía impulsan los patrones
Nuestro estudio nos lleva a creer que los patrones de riqueza para las especies vivas, independientemente de la edad de una especie, tienen su origen en los mismos procesos subyacentes que modelamos en la simulación. La interacción entre los climas turbulentos de los últimos 800, 000 años y los paisajes dramáticos de América del Sur impulsó la especiación en algunos grupos más jóvenes de plantas y animales, pero barajó la ubicación de las especies jóvenes y antiguas en concierto, indiscriminadamente.
Las actividades humanas están forzando cambios en el clima global a un ritmo sin precedentes, mucho más rápido que la dinámica climática en nuestro modelo. Sabemos que las especies ya están en movimiento, sus rangos cambian a tasas alarmantes en la tierra y en los mares, con profundos efectos en la vida humana y los medios de vida.
Aunque nuestras simulaciones no fueron diseñadas para predecir el futuro, revelan vívidamente el poder dinámico del cambio climático para dar forma a la vida en la Tierra.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.
Robert K. Colwell, Profesor Distinguido de Investigación, Universidad de Connecticut
Thiago F. Rangel, Profesor de Ecología, Universidade Federal de Goias
