Las especies son a los ecosistemas lo que las células al cuerpo humano, según un modelo matemático desarrollado en la UC3M

Los científicos han desarrollado un modelo matemático que recrea el comportamiento de un ecosistema para observar la dinámica del mismo y sus reacciones ante diferentes situaciones. Y lo que han comprobado es que el ecosistema alcanza un estado en el que permanece más o menos invariable, a pesar de que las especies que lo conforman pueden estar constantemente siendo sustituidas unas por otras hasta llegar incluso a renovarse por completo, de forma similar a como ocurre en un organismo humano.

"En resumen: las especies cambian, la estructura no", comenta uno de los autores de la investigación, el profesor José A. Cuesta, que ha publicado el estudio recientemente en el Journal of Theoretical Biology junto a José A. Capitán, ambos del departamento de Matemáticas de la UC3M, y Jordi Bascompte, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

Desde ese punto de vista, se podría decir que los seres pluricelulares somos también ecosistemas, según estos investigadores. En este sentido, estamos formados por células de distintos tipos que cooperan o compiten por recursos; colonizados por diversos tipos de bacterias (en el intestino, en la piel, etc.), cuya actividad está acoplada a la de otros procesos de nuestro organismo; invadidos por virus, que pueden ser dañinos o intervenir en procesos regulatorios de nuestro ADN.

El ecosistema, una entidad en sí mismo

"Estos seres están continuamente siendo renovados, de manera que transcurrido un tiempo suficientemente largo, todas las entidades que nos forman han sido sustituidas una o varias veces. Y, sin embargo, a lo largo del proceso seguimos siendo nosotros mismos, al igual que ocurre con los ecosistemas", explica el profesor Cuesta.

La implicación más importante de este hallazgo es que nos hace ver los ecosistemas de una forma distinta, como una entidad en sí misma más que como un conjunto de especies. "Nos obsesiona la preservación de las especies, pero es mucho más importante la preservación de un ecosistema", apuntan estos científicos. Desde este punto de vista, por ejemplo, a veces podría ser beneficioso sustituir una especie amenazada por otra equivalente, con similares interacciones con las otras especies del ecosistema, para que este no se viera amenazado, porque perderíamos una especie pero salvaríamos el ecosistema.

En el campo de la evolución, a la hora de abordar el término 'ecosistema' siempre se distingue entre especies y ambiente. Las primeras evolucionan para adaptarse al segundo y cambian a medida que éste lo hace. Ante esta dicotomía, se tiende a pensar que especies y ambiente son entidades separadas. Sin embargo, los ecosistemas muestran que las propias especies forman la parte más importante del ambiente. "Las especies interaccionan: se comen unas a otras, se pelean por el territorio... y eso hace que la presencia o ausencia de ciertas especies sea el factor que más influye en la supervivencia de una especie dada", comenta el investigador.

Efecto gran depredador

"Esta propiedad de las especies de generar su propio ambiente formando un ecosistema es el aspecto que más nos interesaba cuando abordamos el estudio", comenta José A. Cuesta, que también forma parte del Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos de la UC3M. El modelo matemático que han creado estos investigadores permite observar el ecosistema en grandes escalas de tiempo, así como durante su formación, lo que les ha permitido formular otras hipótesis.

Han visto, por ejemplo, que el ecosistema se va formando a medida que es invadido por nuevas especies, pero que hay un punto a partir del cual el ecosistema se vuelve robusto y ya no admite más incorporaciones a su estructura, aunque sí el intercambio de elementos. Otra evidencia que han comprobado es el efecto 'gran depredador', que se ha observado en ecosistemas reales. Consiste en que la extinción de un gran depredador, que consume diversas especies, a veces acarrea la subsiguiente extinción de estas especies. La razón es que actúa como un regulador de la población de las presas, de tal modo que, de no estar presente, la población de estas crece tanto que llegan a agotar sus recursos y terminan por extinguirse.

Las ventajas de crear un modelo matemático a la hora de estudiar la naturaleza son muy diversas. Por un lado, la escala temporal evolutiva de un ecosistema puede ser muy grande y requerir datos recogidos durante siglos o milenios, algo que resulta inviable. Por otro lado, el análisis empírico de ecosistemas es sumamente difícil, porque supone observar todas las especies involucradas durante largos periodos de tiempo, tener suficientes observaciones de depredadores y presas de manera que se puedan inferir relaciones tróficas fiables, estimar los parámetros de competición entre especies, etc.

A lo largo de todo el periodo de observación el ecosistema puede estar sujeto a cambios estacionales o climáticos que pueden influir en todas esas relaciones. "Los modelos matemáticos resultan de gran ayuda para focalizar el tipo de datos a recoger para contrastar hipótesis y, de hecho, la ecología matemática tiene una larga tradición en esta disciplina y los propios ecólogos están haciendo cosas muy interesantes aplicando técnicas matemáticas desarrolladas para otros fenómenos", asegura el profesor José Cuesta.

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Oficina de Información Científica de la Universidad Carlos III de Madrid