Efectos ecológicos de la biodiversidad - Ecological effects of biodiversity

La diversidad de especies y genes en comunidades ecológicas afecta el funcionamiento de estas comunidades. Estos efectos ecológicos de la biodiversidad, a su vez, se ven afectados por el cambio climático a través del aumento de los gases de efecto invernadero , los aerosoles y la pérdida de la cubierta terrestre, y la diversidad biológica, lo que provoca una rápida pérdida de la biodiversidad y la extinción de especies y poblaciones locales. La tasa actual de extinción a veces se considera una extinción masiva , con tasas actuales de extinción de especies del orden de 100 a 1000 veces más altas que en el pasado.

Las dos áreas principales donde se ha estudiado el efecto de la biodiversidad en la función de los ecosistemas son la relación entre diversidad y productividad, y la relación entre diversidad y estabilidad de la comunidad. Las comunidades con mayor diversidad biológica parecen ser más productivas (en términos de producción de biomasa ) que las comunidades menos diversas, y parecen ser más estables frente a las perturbaciones.

También los animales que habitan un área pueden alterar las condiciones de supervivencia por factores asimilados por el clima.

Definiciones

Para comprender los efectos que los cambios en la biodiversidad tendrán sobre el funcionamiento de los ecosistemas, es importante definir algunos términos. La biodiversidad no se define fácilmente, pero puede considerarse como el número y / o la uniformidad de genes , especies y ecosistemas en una región . Esta definición incluye la diversidad genética , o 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 los ecosistemas, o la diversidad de hábitats dentro de una región.

Dos cosas 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 tomando la biomasa aérea total de todas las plantas en un área. Muchos asumen que se puede utilizar 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 pensar en dos formas. La estabilidad general de una población es una medida que asume que la estabilidad es mayor si hay menos posibilidades de extinción. Este tipo de estabilidad generalmente se mide midiendo la variabilidad de las propiedades de la comunidad agregada, como la biomasa total, a lo largo del tiempo. La otra definición de estabilidad es una medida de resiliencia y resistencia, donde un ecosistema que regresa rápidamente a un equilibrio después de una perturbación o resiste la invasión se considera más estable que uno que no lo hace.

Productividad y estabilidad como indicadores de la salud de los ecosistemas

La importancia de la estabilidad en la ecología comunitaria es clara. Un ecosistema inestable tendrá más probabilidades de perder especies. Por lo tanto, si de hecho existe un vínculo entre diversidad y estabilidad, es probable que las pérdidas de diversidad se retroalimenten sobre sí mismas, provocando aún más pérdidas de especies. La productividad, por otro lado, tiene una importancia menos clara en la ecología comunitaria. En áreas manejadas como tierras de cultivo y en áreas donde se crían o capturan animales, el aumento de la productividad aumenta el éxito económico del área e implica que el área se ha vuelto más eficiente, lo que lleva a una posible sostenibilidad de los recursos a largo plazo . 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, existen consecuencias económicas directas de perder diversidad en ciertos ecosistemas y en el mundo en su conjunto. Perder especies significa perder alimentos , medicinas , productos industriales y turismo potenciales , todos los cuales tienen un efecto económico directo en la vida de las personas.

Efectos sobre la productividad comunitaria

  • Complementariedad Se cree que la coexistencia de especies de plantas es el resultado de la partición de nichos o las diferencias en los requisitos de recursos entre las especies. Por complementariedad, una comunidad vegetal más diversa debería poder utilizar los recursos de manera más completa y, por lo tanto, ser más productiva. También llamado diferenciación de nicho, este mecanismo es un principio central en el enfoque de grupo funcional , que divide la diversidad de especies en componentes funcionales.
  • Facilitación La facilitación es un mecanismo mediante el cual ciertas especies ayudan o permiten que otras especies crezcan modificando el medio ambiente de una manera que sea favorable para una especie que coexiste. 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 vecinos jóvenes de otras especies al aliviar el estrés hídrico y térmico, y el enriquecimiento de nutrientes por fijadores de nitrógeno como las leguminosas.
  • El efecto de muestreo Se puede pensar que el efecto de muestreo de la diversidad tiene una mayor probabilidad de incluir una especie de mayor productividad inherente en una parcela que es 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 recopilación de diferentes efectos. El efecto de muestreo se puede separar en la mayor probabilidad de seleccionar una especie que esté 1) bien adaptada a las condiciones particulares del sitio, o 2) de una mayor productividad inherente. Además, se puede agregar al efecto de muestreo una mayor probabilidad de incluir 3) un par de especies que se complementan mucho entre sí, o 4) una determinada especie con un gran efecto facilitador sobre otros miembros de la comunidad.

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 de hecho mejora la productividad de los ecosistemas. Además, también se ha encontrado evidencia de esta relación en microcosmos de pastizales. Los diferentes resultados entre los estudios pueden atribuirse en parte a su dependencia de muestras con la misma diversidad de especies en lugar de diversidades de especies que reflejan las observadas en el medio ambiente. 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.

Sin embargo, estos estudios han llegado a conclusiones diferentes en cuanto a si la causa se debió más a la diversidad oa la composición de especies. Específicamente, una 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. Los modelos matemáticos recientes han resaltado la importancia del contexto ecológico para resolver este problema. Algunos modelos han indicado la importancia de las tasas de perturbación y la heterogeneidad espacial del medio ambiente, otros han indicado que el tiempo transcurrido desde la perturbación y la capacidad de carga del hábitat pueden causar relaciones diferentes. Cada contexto ecológico debe producir no solo una relación diferente, sino una contribución diferente a la relación debido a la diversidad y la composición. El consenso actual sostiene al menos que ciertas combinaciones de especies proporcionan una mayor productividad comunitaria.

Investigación futura

Para identificar correctamente las consecuencias de la diversidad en la productividad y otros procesos del ecosistema, deben suceder muchas cosas. Primero, es imperativo que los científicos dejen de buscar una relación única. Ahora es obvio a partir de los modelos, los datos y la teoría que no existe un efecto generalizado de la diversidad en la productividad. Los científicos deben tratar de cuantificar las diferencias entre el efecto de la composición y los efectos de la diversidad, ya que muchos experimentos nunca cuantifican la diversidad final de especies obtenida (en cambio, solo cuentan el número de especies de semillas plantadas) y confunden un efecto de muestreo para los facilitadores (un factor de composición) con efectos de diversidad. .

Las cantidades relativas de overyielding (o cuánto más una especie crece cuando se cultivan con otras especies que lo hace en monocultivo) se debe utilizar en lugar de cantidades absolutas como overyielding relativa puede dar pistas sobre el mecanismo por el que la diversidad está influyendo en la productividad, sin embargo, si experimental Los protocolos 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 saber cuál es el objetivo de su experimento, es decir, si está destinado a informar sobre ecosistemas naturales o gestionados, ya que el efecto de muestreo puede ser solo un efecto real de la diversidad en los ecosistemas naturales (los ecosistemas gestionados se componen para maximizar la complementariedad y la facilitación independientemente del número de especie). Sabiendo esto, deberían poder elegir escalas espaciales y temporales que sean apropiadas para su experimento. Por último, para resolver el debate diversidad-función, es aconsejable que se realicen experimentos con grandes cantidades de heterogeneidad espacial y de recursos y fluctuación ambiental a lo largo del tiempo, ya que este tipo de experimentos deberían poder demostrar la relación diversidad-función más fácilmente.

Efectos sobre la estabilidad de la comunidad

  • Efecto 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 provocará un ecosistema más estable temporalmente si hay más especies en el ecosistema. Este efecto es un efecto estadístico debido a la suma de variables aleatorias .
  • Efecto de covarianza negativo Si a algunas especies les va mejor cuando a otras no les va bien, cuando haya más especies en el ecosistema, su varianza general será menor que si hubiera menos especies en el sistema. Esta menor variación indica una mayor estabilidad. Este efecto es una consecuencia de la competencia, ya que las especies altamente competitivas covarían negativamente .
  • Efecto seguro Si un ecosistema contiene más especies, entonces tendrá una mayor probabilidad de tener especies estabilizadoras redundantes y tendrá una mayor cantidad de especies que responden a las perturbaciones de diferentes maneras. Esto mejorará la capacidad de un ecosistema para amortiguar las perturbaciones.
  • Resistencia a la invasión Las comunidades diversas pueden utilizar los recursos de manera 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 diversos ecosistemas, o puede haber una probabilidad reducida de que una especie invasora introduzca una nueva propiedad o proceso en un ecosistema diverso.
  • Resistencia a las enfermedades Un número reducido de especies de plantas competidoras puede permitir que aumente la abundancia de otras especies, facilitando la propagación de enfermedades de esas especies.

Revisión de 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 de hecho reales, y casi tienen que serlo. Algunos datos de estabilidad temporal pueden explicarse casi completamente por el efecto de promediado mediante la construcción de modelos nulos para probar los datos. La competencia, que provoca covarianzas negativas, solo sirve para fortalecer estas relaciones.

Revisión de datos de estabilidad de resistencia y resiliencia

Esta área es más polémica que el área de la estabilidad temporal, principalmente porque algunos han intentado generalizar los hallazgos de los modelos de estabilidad temporal y la teoría a la estabilidad en general. Si bien la relación entre las variaciones temporales en la productividad y la diversidad tiene una causa matemática, que permitirá que la relación se vea con mucha más frecuencia, no es el caso de la estabilidad resistencia / resiliencia. Algunos experimentadores han visto una correlación entre la diversidad y la invasibilidad reducida, aunque muchos también han visto lo contrario. La correlación entre diversidad y enfermedad también es tenue, aunque la teoría y los datos parecen respaldarla.

Investigación futura

Para comprender mejor los efectos de la diversidad en la estabilidad temporal de los ecosistemas, es necesario reconocer que están destinados a ocurrir. Al construir modelos nulos para contrastar los datos (como en Doak et al. 1998) es posible encontrar situaciones y contextos ecológicos donde los ecosistemas se vuelven más o menos estables de lo que deberían ser. Encontrar estos contextos permitiría realizar estudios mecanicistas sobre por qué estos ecosistemas son más estables, lo que puede permitir aplicaciones en la gestión de la conservación .

Más importante aún, experimentos más completos sobre si los ecosistemas diversos realmente resisten la invasión y la enfermedad mejor que sus equivalentes menos diversos como invasión y enfermedad son dos factores importantes que conducen a la extinción de especies en la actualidad.

Teoría y efectos preliminares del examen de las redes tróficas

Un problema importante con los debates sobre diversidad-productividad y diversidad-estabilidad discutidos hasta este punto es que ambos se centran en las interacciones en un solo nivel trófico . Es decir, solo se refieren a un nivel de la red alimentaria , a saber, las plantas. Otras investigaciones, que no se preocupan por los efectos de la diversidad, han demostrado un fuerte forzamiento de los ecosistemas desde arriba hacia abajo (ver especies clave ). Hay muy pocos datos reales disponibles sobre los efectos de las diferentes redes tróficas, pero la teoría nos ayuda en esta área. Primero, si una red trófica en un ecosistema tiene muchas interacciones débiles entre diferentes especies, entonces debería tener poblaciones más estables y la comunidad en su conjunto debería ser más estable. Si los niveles superiores de la red son más diversos, entonces habrá menos biomasa en los niveles inferiores y si los niveles inferiores son más diversos, podrán resistir mejor el consumo y ser más estables frente al consumo. Además, el forzamiento de arriba hacia abajo debería reducirse en ecosistemas menos diversos debido al sesgo de que las especies en niveles tróficos más altos se extingan primero. Por último, se ha demostrado recientemente que los consumidores pueden cambiar drásticamente las relaciones entre biodiversidad, productividad y estabilidad que implican las plantas por sí solas. Por lo tanto, será importante en el futuro incorporar la teoría de la red alimentaria en el estudio futuro de los efectos de la biodiversidad. Además, esta complejidad deberá abordarse al diseñar planes de gestión de la biodiversidad.

Ver también

Referencias