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Los arrecifes de coral que mueren, las selvas tropicales que se transforman en sabanas, las praderas que se convierten en desiertos: estos son “puntos de inflexión” de los ecosistemas, líneas fronterizas que estamos desesperados por no cruzar.
En sistemas dinámicos llenos de vida, estos umbrales críticos no están escritos en piedra. Como los organismos pueden evolucionar, los puntos de inflexión dentro de estos ecosistemas también podrían evolucionar.
La mayoría de nosotros pensamos en la evolución como un proceso glacial, demasiado lento para ser presenciado en una sola vida. Pero la evolución, especialmente en el mundo microbiano, puede ocurrir muy rápidamente. Pensemos en las bacterias resistentes a los antibióticos que surgen en cuestión de años, o en el virus que causa la COVID-19, que desarrolla nuevas variantes en cuestión de meses. Cuando las condiciones son las adecuadas, la evolución puede acelerarse, aunque eso no suele ser bueno para nosotros.
Nuestra última investigación, publicada hoy en Naturaleza Ecología y Evoluciónrevela la primera evidencia experimental de que el comportamiento de los puntos de inflexión puede realmente evolucionar, y hacerlo rápidamente. Esto plantea una perspectiva apasionante: ¿podría la comprensión de la evolución de los puntos de inflexión ayudarnos a evitar el colapso de los ecosistemas?
Equilibrios, diversidad y exclusión
Los puntos de inflexión son umbrales críticos en los que un pequeño cambio en las condiciones ambientales puede provocar un cambio drástico y a menudo irreversible en el estado de un ecosistema. Pero ¿qué significa esto exactamente?
Una comunidad ecológica es una red de especies que interactúan (plantas, animales y microorganismos) que viven en la misma área y están interconectadas a través de diversas relaciones como la depredación, la competencia y la simbiosis.
Una comunidad ecológica saludable tiene una combinación equilibrada de especies que desempeñan funciones esenciales y contribuyen a servicios como la polinización, el ciclo de nutrientes, la purificación del agua y la regulación del clima.
Cuando un ecosistema se ve empujado hacia un punto de inflexión debido a factores estresantes como el cambio climático, la destrucción del hábitat o la contaminación, este equilibrio se altera.
Cruzar estos umbrales suele dar lugar a comunidades menos diversas que no cumplen funciones esenciales, lo que da lugar a la extinción de especies y a la pérdida de servicios ecosistémicos vitales.
Tomemos como ejemplo los arrecifes de coral. Los corales tienen una relación simbiótica con unas algas microscópicas llamadas zooxantelas. El aumento de las temperaturas oceánicas empuja al ecosistema hacia un punto de inflexión: un umbral térmico crítico más allá del cual los corales expulsan las algas en un proceso conocido como blanqueamiento de los corales.
Si las condiciones estresantes persisten, el ecosistema pasa de ser un arrecife vibrante y con gran biodiversidad a un paisaje submarino desolado, lo que puede provocar el colapso de todo el ecosistema del arrecife y la pérdida de la vida marina que depende de él.
Sabemos que es fundamental comprender los puntos de inflexión, pero observar y mapear el comportamiento de los puntos de inflexión en estos sistemas complejos es extraordinariamente difícil.
Para explorar cómo la evolución podría influir en los puntos de inflexión, recurrimos al mundo microscópico.
Evolución en tiempo real
Las bacterias se reproducen a velocidades asombrosas, lo que nos permite presenciar la evolución a medida que ocurre. Durante tan solo 400 días, guiamos a una comunidad microbiana modelo de E. coli a lo largo de 4.000 generaciones, lo que equivaldría a unos 100.000 años para los humanos.
Una de las ventajas únicas de trabajar con microbios es nuestra capacidad de congelarlos, como si fueran instantáneas biológicas en el tiempo. Esto significa que podemos almacenar la comunidad “ancestral” original y luego revivirla para compararla con sus descendientes evolucionados.
Al exponer las comunidades ancestrales y evolucionadas a una variedad de tensiones ambientales, pudimos observar cuándo permanecieron estables y cuándo colapsaron.
Descubrimos que la evolución puede tener consecuencias en ambos sentidos.
A medida que las especies coevolucionaron para adaptarse mejor a condiciones benignas, se volvieron más sensibles al estrés. Esto no tuvo ningún impacto hasta que expusimos a la comunidad a condiciones ambientales adversas. Esto desencadenó una desestabilización inesperada, acercando el punto de inflexión y causando un colapso antes de lo previsto.
Por otro lado, cuando desarrollamos específicamente la comunidad para que resistiera el estrés ambiental, las especies se adaptaron de manera que les permitieron coexistir en condiciones mucho más duras, lo que retrasó eficazmente el punto de inflexión.
Un nuevo modelo
Para ilustrar estos cambios ecológicos, desarrollamos un modelo matemático que puede permitir puntos de inflexión.
Al modificar factores clave como los niveles de competencia, la resistencia al estrés y las tasas de crecimiento de las especies, podríamos simular cómo diferentes cambios evolutivos afectan la trayectoria de un ecosistema entero.
Si queremos pronosticar la estabilidad de los ecosistemas, tener una forma de incluir la evolución es un paso significativo.
Por un lado, nuestros resultados indican que la “evolución dirigida” –en la que los humanos ayudan a las especies a adaptarse a los cambios ambientales– podría reforzar la resiliencia de los ecosistemas y prevenir el colapso.
Por otra parte, nuestra investigación nos advierte de que la evolución no siempre es una salvación. Por ejemplo, los cambios evolutivos que aumentan la dependencia o el impacto de una especie sobre otra pueden acelerar la desestabilización, haciendo que los puntos de inflexión lleguen antes de lo que nos gustaría.
Mientras nos enfrentamos a desafíos ambientales sin precedentes, comprender el papel de la evolución en la estabilidad de los ecosistemas se vuelve más importante que nunca. Así como la evolución puede ayudar a las bacterias dañinas a ser más inteligentes que nuestros antibióticos, también puede cambiar los puntos de inflexión de ecosistemas enteros, para bien o para mal.
Este artículo se publica nuevamente en The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
Publicado – 25 de septiembre de 2024 07:01 p. m. IST