Miguel Tejedo1, Helder Duarte1, Luis M. Gutiérrez-Pesquera1, Juan Francisco Beltrán2, Marco Katzenberger1, Federico Marangoni3, Carlos A. Navas4, Alfredo G. Nicieza5, Rick A. Relyea6,

Enrico L. Rezende7, Alex Richter-Boix8, Mauro Santos7, Monique Simon4 & Mirco Solé9

El estudio de las tolerancias térmicas para el examen deEl estudio de las tolerancias térmicas para el examen dehipótesis biogeográficas y de la vulnerabilidad de los orgahipótesis biogeográficas y de la vulnerabilidad de los orga--nismos ante el calentamiento global. Ejemplos en anfíbiosnismos ante el calentamiento global. Ejemplos en anfíbios

1 Departmento de Ecología Evolutiva. Estación Biológica de Doñana. CSIC. Avda. Américo Vespucio s/n. 41092 Sevilla. España.C.e.: tejedo@ebd.csic.es

2 Departamento de Zoología. Facultad de Biología. Universidad de Sevilla. Avda. Reina Mercedes, 6. 41012 Sevilla. España.3 Laboratorio de Genética Evolutiva, FCEQyN-UNaM y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). Cl. Félix deAzara 1552. 6to Piso. 3300 Posadas. Misiones. Argentina.

4 Departamento de Fisiologia. Instituto de Biociências. Universidade de São Paulo. Rua do Matão, Travessa 14, 321. 05508-900 São Paulo. SP. Brasil.5 Departamento de Biología de Organismos y Sistemas. Universidad de Oviedo. Catedrático Rodrigo Uría s/n. 33006 Asturias. España.6 Department of Biological Sciences. University of Pittsburgh. 101 Clapp Hall. Pittsburgh. Pennsylvania 15260. Estados Unidos.7 Departament de Genètica i de Microbiologia. Grup de Biologia Evolutiva (GBE). Universitat Autònoma de Barcelona. 08193 Bellaterra.Barcelona. España.

8 Department of Population Biology and Conservation Biology. Evolutionary Biology Centre (EBC). Uppsala University. Norbyvägen 18D. SE-752 36 Uppsala. Suecia.

9 Universidade Estadual de Santa Cruz. Programa de Pós-Graduação em Zoologia. Rodovia Ilhéus-Itabuna, km 16. 45662-900 lhéus. BA. Brasil.

Fecha de aceptación: 15 de noviembre de 2012.Key words: amphibians, thermal tolerance limits, CTmax, CTmin, global warming, Janzen hypothesis.

La temperatura afecta de manera decisivalas reacciones químicas que condicionantodos los procesos fisiológicos (Hochachka &Somero, 2002), determinando los patrones dedistribución y abundancia de los organismos,así como numerosas interacciones ecológicas(Andrewartha & Birch, 1954; Dunson & Travis,1991). Podemos, por tanto, afirmar que latemperatura, como componente abióticofundamental, representa un factor selectivode primer orden al influir en la supervivencia,crecimiento y dispersión de los organismos(Angiletta, 2009). El estudio de los rangos detolerancia fisiológicos, especialmente los ran-gos térmicos, resulta imprescindible paracomprender numerosos aspectos de la biolo-

LEONATO: You will never run mad, niece.BEATRICE: No, not till a hot January.

W. Shakespeare Much ado about nothing 1.1.88-89

gía de los organismos, ya que representan lascondiciones que limitan su nicho fundamen-tal y, por tanto, su presencia y evolución enun determinado hábitat y área geográfica(Hutchinson, 1981; Kearney & Porter, 2009; Soberón& Nakamura, 2009; Townsend et al., 2011; Seebacher& Franklin, 2012). Se espera que las condicionestérmicas locales dirijan la evolución de loslímites de tolerancia térmica, de su potencialplástico de aclimatación y en definitiva deri-ven en adaptaciones térmicas (Angiletta, 2009;Bozinovic et al., 2011). El interés por el estudiode la evolución y funcionalidad de estos lími-tes térmicos es fuente de numerosas hipótesisbiogeográficas y representa un elemento cru-cial en la determinación de la vulnerabilidad

5Bol. Asoc. Herpetol. Esp. (2012) 23(2)

Este artículo ha sido revisado y aceptado para su publicación en el BAHE pero todavíadebe ser editado e impreso. Por favor, cítenlo "En prensa". Please cite this article as "In press"

BAHE 2012-V2

Prepublicación / Preprint

Bol. Asoc. Herpetol. Esp. (2012) 23(2)2

de las especies a los impactos del cambio cli-mático (Figura 1).

LOS LímITES DE TOLERANCIA TéRmICOS

y Su ImPORTANCIA EN EL ExAmEN DE

HIPóTESIS BIOgEOgRáFICAS

Tradicionalmente, la base funcional delos límites de tolerancia térmica ha sido exa-minada desde la perspectiva de la fisiologíacomparada, mediante estudios intra- o inter-específicos basados en una o pocas especies(Feder, 1999; Feder & Hofmann, 1999; Rinehart etal., 2000; Hochachka & Somero, 2002; Podrabsky &Somero, 2004; Buckley & Somero, 2009). Sinembargo, más recientemente, se está produ-ciendo un renovado interés por la fisiologíatérmica y sus límites de tolerancia pero, eneste caso, la perspectiva de análisis ha cam-biado, incorporando grandes escalas geográ-ficas y comparaciones macroespecíficas. Enparticular, el examen de hipótesis macroeco-lógicas y reglas ecogeográficas incluye, implí-cita o explícitamente, dentro de sus predic-ciones el análisis de los rangos térmicos y suplasticidad (Vernberg, 1962; Janzen, 1967;Brattstrom, 1968, 1970; Rapoport, 1975; Stevens,1992; Lomolino et al., 2006). Todo esto está esti-mulando los estudios fisiológicos compara-dos a gran escala, en lo que se ha denomina-do macrofisiología o estudio de la variaciónen los caracteres fisiológicos a lo largo demacro escalas geográficas y temporales y lasimplicaciones ecológicas de esta variación(Chown et al., 2004; gaston et al., 2009). Sinembargo, todas estas predicciones no hansido analizadas en profundidad en sus funda-mentos fisiológicos (Stevens, 1989; gaston et al.,1998; Chown & gaston, 1999; Clarke & gaston,2006; ghalambor et al., 2006; millien et al., 2006;Kearney & Porter, 2009). Como ejemplo pode-

mos tomar el patrón de variación latitudinalen la riqueza de especies. La mayor biodiver-sidad de los trópicos, en relación a las zonastempladas, se ha explicado, en parte, por lahipótesis de variabilidad climática de Janzen(1967), por la cual, los organismos tropicales,expuestos a una menor variabilidad climáticaestacional, presentarán un menor rango detolerancia térmico, una mayor especializa-ción y, asociada a esta estenotermia, unmenor potencial de dispersión y mayor nivelde aislamiento geográfico. De esta manera,

Figura 1. Curvas de eficacia biológica relativa en rela-ción a la temperatura, para dos especies de organismosectotérmicos hipotéticos, una tropical (línea continua)y otra templada (línea punteada), con los parámetrosdescriptivos esenciales: la temperatura en la cual la efi-cacia es máxima, Topt, los límites de temperatura críti-cos, CTmin y CTmax, que una vez sobrepasados, implica-ría la muerte del organismo, y, por tanto, podemosafirmar que el rango de tolerancia (CTmax - CTmin) defi-niría su nicho térmico fundamental. Los límites detolerancia térmicos permiten examinar tanto hipótesisbiogeográficas, (H1) hipótesis de Janzen (1967), quepredice que los rangos de tolerancia térmicos seránmás estrechos en especies tropicales, con menor varia-bilidad térmica, que las especies templadas. En segun-do lugar, estos límites pueden permitir examinar hipó-tesis en fisiología de la conservación, (H2) el calenta-miento global tendrá un mayor impacto en las espe-cies tropicales que en las templadas al estar viviendo yamás cerca de sus Topt y CTmax. El incremento previstopor los modelos en las temperaturas ambientales (fle-chas hacia la derecha) implicaría que muchas especiestropicales sobrepasasen sus valores de CTmax, mientrasque las especies templadas estarían bastante más aleja-das de sus límites críticos.

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los trópicos tendrían una mayor posibilidadde especiación que los ambientes templados.Este mayor nivel de especiación puede pro-ducirse por dos mecanismos: a) conservadu-rismo del nicho térmico, por el cual las espe-cies de un mismo clado o linaje mantienensu similaridad climática con el transcurso deltiempo y la formación de barreras climáticasda lugar a una especiación por alopatría(moritz et al., 2000; Wiens & Donoghue, 2004;Wiens & graham, 2005; graham et al., 2009); y b)evolución o divergencia del nicho térmico,por el cual, las especies hermanas presentanuna diferenciación fisiológica ante un gra-diente climático y una especiación por diver-gencia parapátrica (moritz et al., 2000). Aunqueesta hipótesis del gradiente latitudinal enbiodiversidad se fundamenta en determinan-tes fisiológicos, los distintos estudios que hanintentado examinar la relación (Kozak &Wiens, 2007; Hua & Wiens, 2010; Cooper et al.,2011; Cadena et al., 2012) no han medido direc-tamente los rangos de tolerancia fisiológicosde las especies examinadas sino que simple-mente han comparado, mediante modelos dedistribución de especies, gIS y bases dedatos como WorldClim, los rangos climáti-cos y altitudinales de las mismas. Esta apro-ximación, inevitablemente, confunde elnicho térmico fundamental con el nicho rea-lizado u ocupado (véase Sillero et al., 2010;Figura 1) y, por tanto, infravalora la distribu-ción potencial de las especies. Como los pro-pios autores afirman: “…This work, wehope, will inspire more detailed examinationof the physiological mechanisms that mightunderlie the patterns we document here”[sic] (Cadena et al., 2012). Se hace necesario, portanto, un mayor impulso de los estudiosfisiológicos para examinar estas hipótesismacroecológicas.

LOS LímITES DE TOLERANCIA TéRmICA y Su

ImPORTANCIA PARA ESTImAR LA VuLNERABILI-DAD DE LAS ESPECIES AL CAmBIO CLImáTICO

En segundo lugar, el análisis de las tole-rancias térmicas tiene una especial relevanciabajo el escenario actual de crisis climática,con un calentamiento planetario de origenantropogénico que reviste unas característicasúnicas como la rápida tasa de calentamiento,sin precedentes en la historia del planeta(mann & Jones, 2003; Pachauri & Reissinger, 2007).Se estima que el rápido calentamiento globalque está sufriendo nuestro planeta tendrámuy probablemente efectos drásticos sobre subiodiversidad. Recientes evidencias empíricasmuestran que el calentamiento experimenta-do durante el siglo xx, de sólo 0,6ºC en pro-medio, ha causado cambios significativos enel patrón de distribución, fenología de nume-rosas especies y en la estructura y funciona-miento de los ecosistemas (Root et al., 2003;Parmesan, 2006). El incremento esperado en latasa de calentamiento en las próximas déca-das, cinco veces superior (meehl et al., 2007), asícomo un incremento en el número de even-tos climáticos extremos como olas de calor(Schär et al., 2004; Diffenbaugh & Ashfaq, 2010)pueden ser causa de extinción de poblaciones(e.g., Sinervo et al., 2010). Tratar de predecir,remediar, y tal vez mejorar estos efectos, es unreto importante y urgente que actualmenteafrontan los biólogos (Schwenk et al., 2009).

La susceptibilidad de una población, espe-cie o comunidad de recibir un impacto nega-tivo debido al cambio climático dependerá dela combinación de dos factores: en primerlugar, la sensibilidad de los organismos, con-trolada por factores intrínsecos como puedenser los límites de tolerancia térmica (CTmax yCTmin, Figura 1); y en segundo lugar, la canti-

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dad y variación en la exposición a factoresambientales extrínsecos potencialmente estre-santes, como pueden ser las temperaturasextremas (Williams et al., 2008). Las inferenciasmás recientes en cuanto a los impactos que elcalentamiento global tendrá sobre la biodi-versidad se han enfocado mayormente sobrelos factores extrínsecos que determinan la dis-tribución de las especies ante distintos esce-narios de cambio climático (e.g., modelos dedistribución de especies basados en modelosde nicho ecológico). Estos modelos usan unaaproximación correlativa basada en la distri-bución actual de las especies, que busca esta-blecer una correspondencia entre los registrosde presencia, presencia / ausencia, o abun-dancia, con distintas capas ambientales, prin-cipalmente temperatura y precipitación. Lacorrespondencia estadística entre la distribu-ción actual y el clima presente pueden poten-cialmente ser empleados para proyectar dis-tribuciones futuras ante distintos escenarios(Austin, 2007; Pearman et al., 2008; Thuiller et al.,2008; Austin et al., 2009; Sillero et al., 2010). Sinembargo, estos modelos presentan deficien-cias desde el momento que estas proyeccionesse basan sólo en la distribución presente de laespecie (que puede, por otra parte, ser incom-pleta) y, en el mejor de los casos, reflejaríaúnicamente el nicho realizado de la especie, yno la distribución que podría ser, es decir, sudistribución potencial. Para modelar la distri-bución potencial de las especies y obtenerinformación sobre su nicho fundamental,tendríamos que analizar las propiedadesintrínsecas de las mismas, como, por ejemplo,sus rangos de tolerancia fisiológicos. Estosupone un enorme esfuerzo experimentalpara determinar estos parámetros fisiológicosen un elevado número de especies. Por tanto,estas aproximaciones mecanicistas, a diferen-

cia de los modelos correlativos, son muy esca-sas. Sin embargo, su enorme ventaja es queincorporan la información sobre el nichofundamental y, en consecuencia, puedenmapear la distribución potencial de la especieque se encuentre dentro de sus límites detolerancia, y, de esta manera, proyectar la dis-tribución futura ante distintos escenarios decambio climático. Estos modelos mecanicis-tas pueden así, hacer predicciones más preci-sas sobre las consecuencias del calentamientoglobal en las próximas décadas (Pörtner &Knust, 2007; Deutsch et al., 2008; Kearney et al.,2009; Kolbe et al., 2010; Diamond et al., 2012a).

Podemos concluir que el análisis de lastolerancias térmicas y la magnitud de su res-puesta plástica se convierte en una informa-ción crucial tanto para el examen de numero-sas hipótesis biogeográficas como para evaluarde manera más precisa el riesgo de las especiesde sufrir estrés térmico y, por tanto, realizarestimas de su vulnerabilidad ante el calenta-miento global en las próximas décadas.

EL ExAmEN DE LAS TOLERANCIAS TéRmICAS EN

ANFIBIOS. SISTEmA mODELO PARA EVALuAR

HIPóTESIS BIOgEOgRáFICAS y VuLNERABILIDAD

AL CALENTAmIENTO gLOBAL

Los anfibios son considerados la clase devertebrados más amenazados, con alrededordel 41% de sus especies clasificadas como enpeligro por la IuCN (Hoffmann et al., 2010).Además de la presión directa de las activida-des humanas (degradación del hábitat, conta-minación), se han sugerido como causas deldeclive de este grupo de vertebrados otrosfactores indirectos, asociados o reforzados porel calentamiento global, como las enfermeda-des infecciosas emergentes y los cambios en elcontenido de humedad de los ambientes

Bol. Asoc. Herpetol. Esp. (2012) 23(2) 5

terrestres (Pounds et al., 2006). Sin embargo, elefecto directo de estrés térmico debido alaumento de las temperaturas máximas no seha considerado como un factor causal directodel declive de los anfibios (Collins & Crump,2009). La actividad nocturna y cavadora de lamayoría de las especies durante su etapaterrestre los hacen aparentemente menos sus-ceptibles de sufrir golpes de calor. Sin embar-go, durante su etapa larvaria, los renacuajosviven frecuentemente en charcas temporalespoco profundas donde la temperatura delagua, si las charcas se encuentran en zonasabiertas y soleadas, puede alcanzar valoresmuy altos, oscilando entre 35⁰C - 43⁰C, espe-cialmente en áreas tropicales o subtropicalesdonde el ángulo de inclinación del Sol alcanzasu cenit (Williams, 1985; Abe & Neto, 1991; Watson etal., 1995). Estas altas temperaturas pueden repre-sentar una fuente sustancial de estrés fisiológi-co sobre los renacuajos y posiblemente consti-tuyan una presión de selección importante queha favorecido la evolución adaptativa en sustolerancias térmicas máximas.

Durante los pasados cuatro años hemosvenido realizando una serie de estudios sobrela ecología térmica en distintas comunidadesde larvas de anfibios situadas a lo largo degradientes latitudinales, desde zonas templa-das (Europa y NE de Estados unidos) a sub-tropicales (N de Argentina) y tropicales (esta-do de Bahía, Brasil), donde hemos examina-do distintas aspectos e hipótesis que citamosa continuación:

I. Variación latitudinal en el rango de tole-rancias térmicas. Hipótesis de Janzen.

II. La medición de los límites de toleran-cia térmicos. Realismo en las medidas, efectode las tasas de calentamiento.

III. Vulnerabilidad fisiológica de los anfi-bios ante el calentamiento global:

a) Variaciones latitudinales en la respuestaplástica de aclimatación en las tolerancias tér-micas máximas.

b) Variación de las tolerancias térmicasmáximas. Efectos en la comunidad.

c) Variaciones latitudinales y micro-ambientales en los valores de tolerancias tér-micas máximas y vulnerabilidad al calenta-miento global ¿Están en peligro los anfibiostropicales por el calentamiento global?

I. Variación latitudinal en el rango de toleranciastérmicas en anfibios. Hipótesis de Janzen.

una de las hipótesis macroecológicas másdestacadas por sus connotaciones en distintaspredicciones biogeográficas, es la hipótesis devariabilidad climática de Janzen (Janzen, 1967;ghalambor et al., 2006). Esta hipótesis prediceque la variación estacional en la temperaturatiene unas implicaciones en la evoluciónadaptativa de los límites fisiológicos de tole-rancia térmica, especialmente en organismosectotérmicos que habitan distintas latitudes yaltitudes. Las especies ectotérmicas de latitu-des templadas, sometidas a variaciones esta-cionales en la temperatura y obligadas asoportar mayores extremos térmicos, presen-tarán rangos de tolerancia más amplios quelos organismos ectotérmicos tropicales queserían especialistas térmicos, adaptados a unrango ambiental de temperaturas más estre-cho. La hipótesis de un incremento en losrangos de tolerancia térmica con la latitud hasido examinada en una síntesis global, inclu-yendo biomas terrestres y marinos, porSunday et al. (2010). Igualmente, se ha exami-nado particularmente para distintos grupostaxonómicos: insectos (Addo-Bediako et al., 2000;Kimura, 2004; Calosi et al., 2010; Overgaard et al.,2011), lagartos (van Berkum, 1988; Huey et al.,

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2009; Clusella-Trullas et al., 2011; Huey et al., 2012) yanfibios adultos (Snyder & Weathers, 1975, reana-lizando los datos originales de Brattstrom, 1968).Todos estos estudios sugieren que el incre-mento en el rango de tolerancia de los orga-nismos ectotérmicos no tropicales se debebásicamente a la reducción más extrema conla latitud en el CTmin que en el CTmax (Snyder &Weathers, 1975; van Berkum, 1988; Addo-Bediako etal., 2000; Huey et al., 2009; Sunday et al., 2010;Clusella-Trullas et al., 2011; Overgaard et al., 2011).Probablemente este resultado general obede-ce a que las temperaturas mínimas ambienta-les disminuyen rápidamente con la latitud,mientras que las temperaturas máximas sonrelativamente independientes de la misma,con excepción de las latitudes extremasdonde las temperaturas máximas desciendenabruptamente (gaston & Chown, 1999; Bradshaw& Holzapfel, 2006; ghalambor et al., 2006; Clusella-Trullas et al., 2011). Debido a los numerosos fac-tores que alteran la determinación de loslímites de tolerancia (véase apartado II), estosestudios comparados pueden adolecer denumerosos sesgos como señalan Sunday et al.

(2010), como pueden ser diferencias sustancia-les entre estudios en las tasas de calentamien-to, en el punto final subletal seleccionado, yen el nivel de aclimatación. Estas disparidadesmetodológicas pueden incrementar la varia-bilidad y el error en las comparaciones(Terblanche et al., 2011; Rezende & Santos, 2012).

Examen de los rangos de tolerancia en comuni-dades de anfibios templadas y tropicales.Hipótesis de Janzen.

En este trabajo (L.m. gutiérrez-Pesquera,m. Tejedo, H. Duarte, m. Solé, A.g. Nicieza,datos no publicados) se han determinado losrangos de tolerancia térmica en larvas de anfi-bios pertenecientes a dos comunidades, unatropical, situada en el estado de Bahía enBrasil y una comunidad templada de laPenínsula Ibérica que presentan temperaturasambientales muy divergentes (Figura 2). Paraello, se colectaron larvas de distintas especiesdirectamente en las charcas, siendo traslada-das a los laboratorios de referencia en launiversidade Estadual de Santa Cruz-uESC,Ilhéus, Bahía, Brasil y en la EBD-CSIC,Sevilla, España. Las larvas de todas las espe-cies fueron aclimatadas durante tres días auna temperatura uniforme de 20ºC, fotope-ríodo 12 L: 12 O y comida ad libitum. Losrangos de tolerancia térmicos de cada especiese obtuvieron mediante las estimas tanto deCTmax como de CTmin mediante el métododinámico de Hutchison (Lutterschmidt &Hutchison, 1997). Cada individuo era colocadoen un recipiente plástico (0,1 L), a su vezintroducido en un baño Huber K15-cc-NR,que producía un calentamiento / enfriamientogradual a una tasa constante (0,25⁰C min-1),hasta que se alcanzaba un punto final previoa la muerte, que consistía en la total inmovi-lidad del renacuajo y su incapacidad de res-

Figura 2. Perfil térmico de una charca en un ambientetropical, localizada dentro del bosque, en la mataAtlántica del estado de Bahía, Brasil, y una charca tempo-ral soleada situada en Córdoba, España. Se puede apreciarla casi nula variación estacional en la temperatura y laescasa variación diaria de la charca de ambiente tropicalcomparada con la charca de ambiente templado.

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ponder a 10 estímulos táctiles consecutivos.una vez que el individuo alcanzaba estepunto final, la temperatura del agua circun-dante era tomada con un termómetro de lec-tura rápida (miller & Weber, Inc) con unaprecisión de ± 0,1⁰C, tras lo cual el renacuajoera sumergido en agua a 20⁰C, para facilitarsu reanimación, midiendo su peso húmedo yestimando su estadio de desarrollo (gosner,1960). Los renacuajos que no conseguían reani-marse eran descartados del análisis. Los resulta-dos confirman la hipótesis de Janzen (1967): elrango de tolerancia muestra una correlaciónpositiva con la latitud, una vez corregida laregresión por la filogenia. Las especies tropica-les situadas a baja latitud tienen un menorrango de tolerancia térmico que las especiestempladas (Figura 3). Esta diferenciación en losrangos térmicos se debe principalmente a quelas especies de anfibios de latitudes altas dismi-nuyen sus valores de CTmin con respecto a lasespecies tropicales en una proporción mayorque el cambio producido en los valores deCTmax, como se demuestra estadísticamente porla heterogeneidad de pendientes entre la latitudy los dos límites de tolerancia (ANCOVA:CTm [min / max] x Latitud, P < 0,01).

II. medición de los límites de tolerancia tér-mica. Realismo en las medidas. Efecto de lastasas de calentamiento

El estudio de los fundamentos fisiológicose implicaciones ecológicas de los límites detolerancia son aspectos cruciales, tanto enbiología evolutiva, para conocer la evoluciónadaptativa de los mismos, como en biologíade la conservación, o como se ha definidorecientemente, fisiología de la conservación,para que estas estimas de tolerancia sean losuficientemente realistas y permitan estable-

cer una valoración de vulnerabilidad ecológi-ca frente a los impactos del cambio climático(Seebacher & Franklin, 2012 y demás contri-buciones en Conservation physiology: integra-ting physiological mechanisms with ecology andevolution to predict responses of organisms toenvironmental change, PhilosophicalTransactions of the Royal Society B, 367(1596), 2012).

La mayor parte de los organismos ectotér-micos están sujetos a fluctuaciones diarias enla temperatura que se producen de maneragradual en su ambiente natural (Sinclair, 2001).Sin embargo, muchos fisiólogos comparados,cuyo objetivo pasa por buscar patrones ymecanismos subyacentes en la respuesta fisio-lógica y su evolución, tradicionalmente hanvenido empleando metodologías muy estan-darizadas pero que adolecen de un bajo nivelde realismo. Los métodos más empleados sondos: (1) cambios abruptos desde la temperatu-

Figura 3. Examen de la hipótesis de Janzen (1967) encomunidades de larvas de anfibios tropicales (Bahía,Brasil, triángulos) y templados (España, círculos). Losrangos de tolerancia térmicos en especies templadas, conmayor variabilidad en las temperaturas ambientales, sonmayores que los rangos observados en especies tropicales.

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ra de aclimatación en la que se encuentra elorganismo, a la temperatura de estrés experi-mental, que se mantiene constante, midién-dose el tiempo hasta la muerte o mantenien-do esta temperatura constante en un rango detiempos crecientes (LT50) (método estático), o(2) incrementando / descendiendo experi-mentalmente esta temperatura hasta que sealcanza un punto final, como inmovilidad,pérdida de equilibrio o aparición de espasmosmusculares (el método dinámico, CTmax óCTmin, Lutterschmidt & Hutchison, 1997). Estevalor de CTmax (y por analogía CTmin) fue defi-nido operativamente por Cowles & Bogert(1944) como la temperatura en la cual el orga-nismo presenta una actividad locomotora des-organizada perdiendo la habilidad de escaparde esta situación, que en condiciones natura-les le llevaría inmediatamente a la muerte(Figura 1). Por otro lado, la tasa experimentalde cambio en la temperatura en el métododinámico, se suele ajustar en valores muyrápidos (e.g., 1⁰C min-1) que, en cierto senti-do, se justifican para evitar introducir sesgosen las estimas con procesos compensatorios deaclimatación rápida (“hardening”) que pro-duzcan valores de CTmax ó CTmin sub- o sobre-estimados, respectivamente (Lutterschmidt &Hutchison, 1997). El empleo de tasas de calenta-miento lentas (por motivos de brevedad, deaquí en adelante, sólo trataremos el proceso decalentamiento que resulta equivalente enargumentación al proceso de enfriamiento)tiene la ventaja de que puede simular un esce-nario natural de incremento diario de tempe-ratura y, por tanto, estas estimas experimenta-les podrían ser generalizadas en un contextomás ecológico (Terblanche et al., 2011). Sinembargo, este método no resulta ajeno a difi-cultades de interpretación. un calentamientolento lleva asociado, ineludiblemente, una

mayor duración de estos ensayos, lo quepuede provocar efectos colaterales que induci-rían respuestas muy heterogéneas en las esti-mas de tolerancia. En primer lugar, exposicio-nes más prolongadas al calor pueden acumu-lar estrés térmico directo y otros elementos deestrés indirectos, como un aumento en la des-hidratación y una disminución en el nivel derecursos, que simultáneamente pueden redu-cir el CTmax y, por tanto, la respuesta de tole-rancia sería una subestima del CTmax verdade-ro. En segundo lugar, un experimento decalentamiento largo puede, al mismo tiempo,inducir en el organismo respuestas compensa-torias de aclimatación rápida que, contraria-mente al proceso anterior, implicarían unaumento en la tolerancia (Rezende et al., 2011;Santos et al., 2011; Overgaard et al., 2012). Estos dosprocesos concurrentes y de efectos contra-puestos podrían explicar el rango de plastici-dades en las estimas de termo-tolerancia quese ha observado en diferentes estudios.Calentamientos lentos, y ecológicamente másrealistas, determinan una depresión en losvalores de tolerancia en algunas especies depeces (Becker & genoway, 1979), insectos,(Terblanche et al., 2007; Chown et al., 2009; mitchell& Hoffmann, 2010; Allen et al., 2012; Ribeiro et al.,2012), e invertebrados marinos, tanto tropica-les (Nguyen et al., 2011) como antárticos (Peck etal., 2009); mientras que una respuesta contra-ria, de aclimatación beneficiosa, incrementa elvalor de CTmax en algunas especies de pecestropicales (Chung, 1997; mora & maya, 2006) einsectos (Nyamukondiwa & Terblanche, 2010;Chidawanyika & Terblanche, 2011; Allen et al., 2012).Si esta heterogeneidad interespecífica en larespuesta de tolerancia responde a variacionesadaptativas, los estudios interespecíficos de lastolerancias deben de considerar este aspecto y,según la cuestión que nos interese, se debe

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decidir por un protocolo de tasas de calenta-miento rápido, que evite estos efectos distor-sionadores, más idóneo en análisis comparati-vos (Lutterschmidt & Hutchison, 1997; mora &maya, 2006) o, por el contrario, nos puede inte-resar emplear una tasa realista que incorporeestos efectos con el fin de realizar inferenciassobre el efecto real del calentamiento globalsobre los organismos.

Por otro lado, la posibilidad de cruzarmétodos y aproximaciones entre distintosestudios y poder, de este modo, compararespecies o tratamientos sometidos a protocolosindependientes, requiere cuantificar la preci-sión de las medidas de tolerancia térmica,tanto en sus componentes de validez, es decir,que protocolos independientes midan elmismo carácter (Hoffmann et al., 1997; Loeschcke &Hoffmann, 2007; Sgrò et al., 2010; Santos et al., 2011;Terblanche et al., 2011; Rezende & Santos, 2012) , ycomo de fiabilidad, o error de medida asocia-do a una repetibilidad o correlación intra-clase< 1 (Rezende & Santos, 2012; Castañeda et al., 2012).Estos argumentos representan un importantemotivo de preocupación que hasta la fecha hasido prácticamente obviado (Terblanche et al.,2011; Rezende & Santos, 2012). Parece necesarioque las estimas de tolerancia térmicas se hagan,por tanto, lo más estandarizadas posibles,empleando el mismo protocolo de aclimata-ción previa (Brattstrom, 1968), idénticas tempe-raturas iniciales y de tasas de calentamiento(Terblanche et al., 2007; Rezende et al., 2011) y depunto final en la estima (Lutterschmidt &Hutchison, 1997), similares estadios de desarrollo(Sherman, 1980), e incluso fotoperíodo y horadel día (mahoney & Hutchison, 1969), factores quepueden producir alteraciones en las estimas detolerancias térmicas máximas y por extensión alas estimas de temperaturas de tolerancia míni-mas (Terblanche et al., 2007).

Experimentos de tolerancia térmica en anfibiosa distintas tasas de calentamiento.

En el primer experimento (m. Tejedo, H.Duarte, m. Simon, m. Katzenberger, C.A.Navas, datos no publicados) examinamos elpotencial de plasticidad en los valores deCTmax en renacuajos de Hyla meridionalis.Elegimos la fase larvaria acuática por variasrazones: el medio acuático es más fácil decontrolar de manera experimental por el altocalor específico y mayor conductividad delagua lo que determina una mayor homoge-neidad en su variabilidad térmica. Esta varia-bilidad puede ser fácilmente medida, tantoen laboratorio como en campo, mediante eluso de registradores continuos (“datalog-gers”). Por otro lado, los anfibios durante sufase larvaria se reproducen principalmente encharcas temporales que pueden alcanzar tem-peraturas elevadas o incluso, a veces, sufrircongelación parcial o total, lo cual suponeque las larvas han de enfrentarse a condicio-nes extremas que la fase terrestre adulta puedeen cierto modo evitar, mediante la selecciónactiva de micro-hábitats, hábitos nocturnos oincluso permanecer inactivos durante estosperiodos de estrés térmico.

Las larvas fueron colectadas directamenteen el campo, siendo trasladadas al laboratoriode cámaras climáticas de la EBD-CSIC ymantenidas en condiciones controladas detemperatura, fotoperiodo 12 L: 12 O y comi-da ad libitum. Los valores de CTmax fueronestimados mediante el método dinámico deHutchison (véase apartado I). El diseño delexperimento fue de doble vía con dos facto-res: a) Tasa de calentamiento, con tres niveles:1,0⁰C min-1, 0,05⁰C min-1, y 0,03⁰C min-1 ytemperatura inicial del experimento a 20⁰C.La primera tasa corresponde a un calenta-miento rápido donde el CTmax se alcanzaría en

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menos de 20 min. Los dos últimos nivelescorrespondían a tasas de calentamiento natu-rales de las charcas donde habita generalmen-te esta especie, seleccionados en los 15 díasúltimos antes de la desecación de la charca,momento en el que se alcanzaban las mayorestemperaturas (véase Figura 6, panel inferiorderecho). La duración del calentamiento aesta tasa lenta sería mucho más larga, alrede-dor de 6 - 7 h. Este factor, por tanto, exami-na el efecto de la variación de las tasas decalentamiento y, por extensión, la variaciónen la duración de la exposición al calor, sobrela tolerancia térmica máxima, donde predeci-ríamos una disminución en los valores deCTmax a una tasa lenta con respecto a la tasarápida suponiendo una mayor acumulaciónde estrés térmico en un proceso de calenta-miento prolongado; b) Temperatura deaclimatación, a 15⁰C , 20⁰C y 25⁰C, factorque examina, por un lado, la predicción deuna mayor tolerancia térmica cuando lastemperaturas de aclimatación son más altas(aclimatación beneficiosa; Leroi et al., 1994), y,por otro, su posible interacción con la tasa decalentamiento. Los resultados mostraron, enprimer lugar, que la tasa de calentamientoreduce el CTmax cuando este calentamiento seproduce a tasas lentas, más naturales. Ensegundo lugar, este efecto de la reducción dela tolerancia sólo se da a temperaturas de acli-matación bajas, desapareciendo a las tempe-raturas de aclimatación más altas (20⁰C y25⁰C), (Figura 4).

En el segundo experimento (m. Tejedo,H. Duarte, F. marangoni, E.L. Rezende, m.Santos, datos no publicados) examinamos laplasticidad en el CTmax a dos tasas decalentamiento, rápida 1,0⁰C min-1, y lenta0,05⁰C min-1 en 12 especies de anfibiosdurante su estadio larvario. Seleccionamos

seis especies que se desarrollan en ambientescálidos: tropical y subtropical del granChaco de Argentina: Dermatonotus muelleri,Hypsiboas faber, Pleurodema borellii, Rhinellaschneideri y Scinax fuscovarius, y SW deNorteamérica (Scaphiopus couchii).Asimismo, se analizaron cinco especies dezona templada de la Península Ibérica que sereproducen en charcas con temperaturas fres-cas: Bufo calamita, H. meridionalis, Pelobatescultripes, Pleurodeles waltl, Pelodytes ibericus yRana iberica. Las larvas fueron colectadasdirectamente en el campo siendo trasladadasa los laboratorios respectivos en cada área deestudio (Argentina, FCEQyN-uNam,Posadas; España, EBD-CSIC, Sevilla); las lar-vas de S. couchii fueron obtenidas mediantecría en cautividad, (Kulkarni, D. & gómez-mestre, I.). El procedimiento experimentalimplicó el mantenimiento de las larvas detodas las especies al menos cuatro días de acli-matación a una temperatura de 20⁰C,siguiéndose posteriormente el mismo proto-colo descrito para los experimentos anteriores(véase más arriba). Los resultados mostraronque el CTmax presentaba una interacción sig-nificativa entre Especie x Tasa de calenta-miento, lo que sugería que el efecto de lastasas de calentamiento no era equivalenteentre especies (Especie x Tasa de calentamien-to, F12, 301 = 27,011, P < 0,000001, Figura 5).En concreto, las especies que presentan tole-rancias más bajas tienden a reducir su CTmax

cuando se calientan a tasas lentas naturales,mientras que las especies con tolerancias másaltas tienden a incrementar su CTmax antecalentamientos lentos y prolongados. Lasespecies con valores intermedios en toleranciano presentan cambios en CTmax . Aunque des-conocemos los mecanismos subyacentes deesta divergencia en la respuesta plástica, lo

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Figura 4. Valores de CTmax en renacuajos de ranitameridional, H. meridionalis, mediante el métododinámico de Hutchison. Se compararon una tasade calentamiento rápido (1⁰C min-1) frente a dostasas de calentamiento lento (0,05⁰C min-1, y0,03⁰C min-1) que simulan el calentamiento natu-ral que sufren los renacuajos en sus charcas. Secompararon estas diferencias a tres temperaturas deaclimatación.

Figura 6. Distribución de las temperaturas máximas diarias, valores de CTmax y variación estacional en las temperaturas máximasdiarias de las charcas para P. borellii, especie subtropical de ambiente cálido, y P. ibericus, especie templada de ambiente fresco.

Figura 5. Efecto de las tasas de calentamiento sobre losvalores de CTmax para 12 especies de anfibios templados(TEm) y subtropicales (TRO). Se puede observar unainteracción entre Especie x Tasa de calentamiento, lo queimplica que las especies con mayores CTmax incrementa-ron sus tolerancias térmicas cuando se producía un calen-tamiento lento y gradual que simulaba un calentamientonatural, mientras que un efecto contrario de reducción enCTmax se producía en especies menos tolerantes.

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que si parece probable es que las especies deanfibios tropicales y subtropicales que ocu-pan charcas cálidas, serían capaces de presen-tar mecanismos de aclimatación rápida que lepermitan una compensación en cuanto a surespuesta de tolerancia. En la Figura 6 apare-ce representada la distribución de las tempe-raturas máximas y su variación estacional endos especies representativas, tanto de ambien-te cálido (P. borellii) como de ambiente fresco(P. ibericus), que presentan unos valores deplasticidad a tasas lentas de magnitud similarpero contrapuestas en su signo. Podemosobservar dos diferencias notables. En primerlugar, la distribución de temperaturas máxi-mas diarias con respecto a los valores de tole-rancia críticos está mucho más próxima en P.borellii que en P. ibericus. En segundo lugar,las temperaturas máximas de las charcas noestán correlacionadas con la fecha en P. bore-llii pero sí en P. ibericus. Estas diferencias setraducen en que la aparición de eventos dealtas temperaturas, días con temperaturasmáximas próximas (< 5⁰C) a los valores deCTmax , aparecen erráticamente durante todoel desarrollo larvario en P. borelli, lo quedetermina que, en cualquier momento, sepueden producir días donde el estrés térmicoes intenso. Sin embargo, estos episodios deestrés térmico aparecerían sólo al final de laestación en P. ibericus, cuando la mayor partede la población larvaria ya ha metamorfosea-do y abandonado el agua. Podemos sugerir lahipótesis de que las especies tropicales y sub-tropicales, con un mayor riesgo de sufrircalentamiento intenso y una mayor imprede-cibilidad en la ocurrencia de estos picos decalor, han podido evolucionar mecanismosfisiológicos de “hardening” a corto plazo,mientras que esta posibilidad no ocurre en lasespecies templadas. una explicación similar

ha sido sugerida recientemente en poblacio-nes de Drosophila melanogaster y en un con-junto de especies pertenecientes al géneroDrosophila a lo largo de un gradiente latitudi-nal en Australia, donde las poblaciones /especies tropicales tienen un mayor potencialde repuesta rápida de “hardening” que lassituadas en ambientes templados (Sgrò et al.,2010; Overgaard et al., 2011). Si este patrón obser-vado de divergencia entre especies tropicales ytempladas en su nivel de respuesta rápida de“hardening” está mediado por un mecanismofisiológico subyacente, sería interesante exa-minar en distintas en especies que difieren ensu patrón de plasticidad las diferencias en laproducción de Hsp70, tanto en su formaconstitutiva (Hsc70) como en su forma indu-cible (Hsp70) a lo largo de un calentamientoexperimental, empleando tasas rápidas y len-tas (Tomanek, 2010; madeira et al., 2012 a, b).

III. Vulnerabilidad fisiológica de los anfibiosante el calentamiento global:

a) Variaciones latitudinales y micro-ambienta-les en la respuesta plástica de aclimatación enlas tolerancias térmicas máximas.

Dentro de las posibilidades fisiológicas deatenuar los efectos del calentamiento globalestaría la expresión de respuestas compensato-rias, como la aclimatación tanto a corto (“har-dening”) como a largo plazo (Bowler, 2005;Loeschcke & Sorensen, 2005). Este tipo de respues-ta de aclimatación a corto plazo ha sido yasugerida en el apartado anterior donde descri-bíamos la respuesta compensatoria en CTmax deespecies de ambientes cálidos tropicales y sub-tropicales. Igualmente, la respuesta de aclima-tación puede basarse en una respuesta a máslargo plazo (días o semanas) que produzcan res-puestas también beneficiosas y que permitan el

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mantenimiento y resistencia de poblaciones yespecies al calentamiento global (Stillman, 2002).Este mecanismos sería especialmente relevantepara aquellas especies de anfibios subtropicalesde micro ambientes cálidos, que pueden ser fir-mes candidatos a sufrir estrés térmico agudo enlas próximas décadas (véase apartado IIIc). Porotro lado, se predice que los organismos queocupan ambientes térmicamente variables pre-sentarán un mayor grado de plasticidad fenotí-pica debido a que las señales ambientales sonfiables y predecibles, mientras que en ambien-tes estables esta plasticidad sería más limitada oincluso se perdería ya que puede incurrir encostes (Levins, 1968; DeWitt et al., 1998).

Varias aproximaciones parecen mostrar lacapacidad limitada para incrementar el nivelsuperior de tolerancias térmicas en inverte-brados (Cavicchi et al., 1995; Kellermann et al.,2009) e incluso la existencia de un compromi-so entre el nivel de tolerancia máximo y supotencial plástico de aclimatación, observadoen cangrejos mareales pertenecientes al géne-ro Petrolisthes (Stillman & Somero, 2000; Stillman,2002, 2003), (véase, no obstante, un patróncontrario en escarabajos acuáticos del géneroDeronectes, donde las especies más termo-tolerantes presentan un mayor potencial deaclimatación; Calosi et al., 2008).

Examen del potencial plástico de aclimataciónen CTmax de comunidades de distintas latitudesy microhábitats.

En este trabajo (H. Duarte, m. Tejedo, J.F. Beltrán, J. Hammond, m. Katzenberger, F.marangoni, R.A. Relyea, datos no publica-dos) se ha determinado en distintas comuni-dades de larvas de anfibios el potencial plásti-co del CTmax ante distintas temperaturas deaclimatación. Se estudiaron las diferenciaslatitudinales en la plasticidad de la tolerancia

en dos comunidades templadas (PenínsulaIbérica y NE de Estados unidos) y dos sub-tropicales (N de Argentina). Las dos comuni-dades subtropicales corresponden a dos bio-mas bien diferenciados: el gran Chaco,bioma de bosque abierto con charcas de tem-peratura muy alta y variable a lo largo del día;y el bosque atlántico de misiones, bioma debosque tropical con charcas y arroyos de tem-peraturas diarias muy poco variables aunquepresentando cierta variabilidad estacional.

Todas las especies analizadas fueron acli-matadas a temperaturas constantes duranteun mínimo de cuatro días. La respuesta plás-tica se examinó en un rango de 10⁰C, aunquelos límites de este rango variaron para cadacomunidad: 15⁰C - 25⁰C, para lascomunidades templadas y 20⁰C - 30⁰C paralas comunidades subtropicales. Estos límitesvariables fueros seleccionados con el propósi-to de evitar que las temperaturas experimenta-les de aclimatación resultasen estresantes y,para ello, se examinaron tanto los perfiles tér-micos de las charcas, así como los valores deCTmax obtenidos para cada comunidad (véaseapartado IIIc). Los valores de CTmax , para cadatemperatura de aclimatación, se obtuvieronmediante el método dinámico de Hutchison auna tasa de calentamiento de 1⁰C min-1. Losresultados (Figura 7) mostraron, por unaparte, que las temperaturas crecientes de acli-matación aumentaban el valor de CTmax , y, ensegundo lugar, el potencial de aclimatación novariaba con la comunidad, siendo la interac-ción Aclimatación x Comunidad no significa-tiva. Todas las comunidades aumentaron suCTmax entre 1,0⁰C y 1,5⁰C, incluyendo lacomunidad de charcas de temperaturas máxi-mas muy altas del gran Chaco, con valoresbasales ya de por sí muy altos. Este resultadocontrasta con la limitación en el potencial

Figura 7. Respuesta plástica de CTmax para distintascomunidades de larvas de anfibios: dos subtropicales deambiente cálidos y frescos, gran Chaco y bosqueAtlántico, respectivamente, y dos comunidades templadasde la Península Ibérica y NE de Estados unidos.

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plástico observado en comunidades de can-grejos mareales de ambientes muy cálidos(Stillman, 2003). Por otro lado, la comunidadsubtropical del bosque atlántico, con tempe-raturas ambientales muy estables, presentó unincremento significativo en el CTmax mostradoincluso por las especies estrictamente ligadasal interior del bosque como Crossodactylusschmidti, Hypsiboas curupi y Limnomedusamacroglosa. Este incremento fue de similarmagnitud al mostrado por la comunidad delgran Chaco donde las temperaturas presen-tan una fuerte oscilación diaria. Quizás estepotencial plástico pueda reflejar la posiblevariación térmica estacional, común en estasdos comunidades subtropicales.

b) Variación de las tolerancias térmicas.Efectos en la comunidad.

Las interacciones interespecíficas en lascomunidades pueden ser afectadas por elcambio climático que puede inducir altera-ciones fenológicas en los ciclos de vida, pro-moviendo desajustes temporales entre unconsumidor y la disponibilidad de sus recur-sos nutritivos (Beaugrand et al., 2003; Sanz et al.,

2003; Durant et al., 2007), así como cambios vin-culados a la frecuencia de aparición de taxo-nes especialistas y generalistas en la comuni-dad y su grado de dispersión (gilman et al.,2010). Por otro lado, y desde una perspectivaecofisiológica, las posibles diferencias interes-pecíficas en la sensibilidad y tolerancias tér-micas, principalmente en especies considera-das relevantes en las interacciones tróficas(depredadores o competidores), pueden serdecisivas en el mantenimiento de las comuni-dades ante escenarios de cambio climático(Sanford, 1999; Pincebourde et al., 2008; Peck et al.,2009). Las charcas temporales que ocupan losanfibios durante su etapa larvaria pueden serun buen modelo para examinar estos efectosya que son comunidades relativamente sim-ples, de pequeña escala y no presentan estra-tificación de la temperatura, con lo cual, laexistencia de microambientes térmicos quedamuy reducida, aparte de poder simular yreplicar mediante mesocosmos en diseñosexperimentales con un importante poderestadístico (e.g., Tejedo & Reques, 1994; De meesteret al., 2011). Nuestro interés dentro del contex-to de la ecología térmica pasaría por conocerlos parámetros térmicos fisiológicos, en parti-cular los límites de tolerancia máximos(CTmax), de la comunidad de larvas de anfi-bios, de sus competidores (zooplancton) y desus depredadores.

Análisis de las tolerancias térmicas máximas enuna comunidad de charcas temporales.

En este estudio (H. Duarte, m. Tejedo, J.Hammond, m. Katzenberger, R.A. Relyea,datos no publicados), se examinó el CTmax

de una comunidad de anfibios y sus compe-tidores (zooplancton) y depredadores delNE de Estados unidos (Estación BiológicaPymatuning, NW Pennsylvania, universidad

Figura 8. Valores de CTmax para distintos grupos tróficosde una comunidad de charcas temporales del NE deEstados unidos: anfibios (11 especies), zooplancton(competidores de anfibios, cuatro especies) y depreda-dores (cuatro especies).

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de Pittsburgh). Los valores de CTmax seobtuvieron para todos los taxones medianteel método dinámico de Hutchison a unatasa de calentamiento de 1⁰C min-1. Losresultados (Figura 8) mostraron que, tantolas 11 especies de anfibios como sus poten-ciales competidores (Daphnia magna y tresespecies de anfípodos), tenían toleranciasfisiológicas similares. Sin embargo, las cua-tro especies de insectos predadores más fre-cuentes (pertenecientes a los géneros Anax,Enallagma, Lethocerus y Notonecta) expresa-ron un valor de CTmax promedio muchomás alto (+D 5,5⁰C). Esta diferencia tannotable puede ser relevante en un contextode cambio climático. Pensamos que lacomunidad de larvas de anfibios posible-mente no sufrirá estrés térmico agudo, yaque las charcas de esta región deNorteamérica difícilmente llegarán a alcan-zar valores próximos a sus CTmax . Sin embar-go, no podemos descartar que se alcancenvalores que determinen exposiciones crónicasde estrés térmico que reduzcan las tasas decrecimiento y desarrollo de los renacuajos,como también la velocidad de escape de estosante sus depredadores. Estos últimos, muyposiblemente presenten Topt más elevadas,desde el momento que las Topt en ectoter-mos suelen estar fuertemente correlaciona-das con sus valores de CTmax (Huey & Bennett,1987; Huey & Kingsolver, 1993; Huey et al., 2009,2012; Clusella-Trullas et al., 2011). Esto podríaacarrear un incremento en las tasas dedepredación alterando probablemente laestructura de la comunidad de estas charcas.Sería interesante profundizar en la variaciónde los parámetros térmicos (CTmax, CTmin,Topt, y depresión metabólica) en distintosbiomas y nichos tróficos y valorar las posi-bles consecuencias a nivel de comunidad.

c) Variaciones latitudinales y micro-ambien-tales en los valores de tolerancia térmicamáxima y vulnerabilidad al calentamientoglobal ¿Están en peligro los anfibios tropica-les por calentamiento global?

En el contexto alarmante de crisis climáti-ca con impactos potenciales sobre la biodiver-sidad global, es absolutamente prioritario,siendo un imperativo sobre la comunidadcientífica (Schwenk et al., 2009), identificar lascomunidades y especies que están actualmen-te viviendo a unas temperaturas ambientalespróximas a sus límites de tolerancia. Se hademostrado, en distintos taxones, una corre-lación filogenética entre los límites de tole-rancia (CTmax ) y las temperaturas máximasambientales (Tmax ) (Tomanek & Somero, 1999;Stillman & Somero, 2000; Hochachka & Somero,2002; Compton et al., 2007; Sinervo et al., 2010;Duarte et al., 2012). En todos los casos, la pen-diente de la regresión entre CTmax y Tmax esmucho menor que 1, (b: 0,51, cangrejosPetrolisthes [Stillman & Somero, 2000]; 0,50,varios invertebrados y peces [Hochachka &

Figura 9. Relación entre la tolerancia térmica (CTmax) y latemperatura máxima (Tmax) de las charcas para 47 especiesde larvas de anfibios, pertenecientes a comunidades sub-tropicales de ambiente cálido de gran Chaco (rótulosazules) y frescos de bosque Atlántico (morados), y comu-nidades templadas de la Península Ibérica (rojos) y Suecia(verdes). La regresión filogenética (PgLS) muestra unarelación significativa, con una pendiente de 0,18. La líneade igualdad (Tmax = CTmax) representa un umbral letal, laproximidad de cada especie a esta línea permite estimar suriesgo de muerte al sufrir estrés térmico agudo bajo lascondiciones contemporáneas de su hábitat (modificadode Duarte et al., 2012).

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Somero, 2002]; 0,70, bivalvos [Compton et al.,2007]; 0,51, lagartos Phrynosomatidae [Sinervoet al., 2010]; 0,18, larvas de anfibios [Duarte etal., 2012]; véase Figura 9). La interpretación deestos resultados puede resumirse de estemodo: una subida en la temperaturaambiental de 1,0⁰C supondría un incrementoen el CTmax de sólo 0,5⁰C en promedio entretaxones. Esto implica una limitación en laevolución fisiológica de las tolerancias quepresenta una tasa de evolución media de sóloun 50% con respecto al incremento en la Tmax

ambiental. En el caso de los anfibios durantesu etapa acuática, este desfase evolutivo esaún mucho más drástico (sólo un 20% delincremento en Tmax ). Como consecuencia,podríamos generalizar que dentro de las espe-cies y comunidades de organismos ectotérmi-cos que a priori podrían sufrir mayoresimpactos por el calentamiento, estarían, entre

otras, las especies que habitan en estemomento micro-hábitats cálidos, ya que muyprobablemente sus valores de toleranciamáxima fisiológica no estarán muy por enci-ma de las temperaturas máximas de sus hábi-tats. Sin embargo, dada la enorme diversidadde micro-hábitats térmicos y las capacidadescompensatorias de los organismos, como laaclimatación y la inercia comportamental(Bogert, 1949; Huey et al., 2003), el poder de estageneralización puede quedar reducido. Es porello, que creemos necesario hacer una estima-ción exhaustiva de los valores de CTmax comolas Tmax , tanto en grupos taxonómicos sensi-bles como en ambientes térmicos de riesgo.

Hasta la fecha existe muy poca informa-ción que aúne las informaciones fisiológicasde los organismos con las temperaturas realesa las que estos se ven expuestos. En la mayo-ría de ocasiones, la información ambiental seinfiere de modo indirecto a partir de bases dedatos climáticas como WordClim (Hijmans etal., 2005) que no recogen la informaciónmicro-climática. A pesar de estas deficiencias,los resultados están confirmando que lascomunidades más vulnerables se sitúan enambientes tropicales. Es el caso para variosgrupos de ectotermos terrestres: insectos per-tenecientes a diversos órdenes (Deutsch et al.,2008), hormigas (Diamond et al., 2012b) y lagar-tos de bosques tropicales (Huey et al., 2009). Sinembargo, otros análisis en reptiles parecenmostrar mayor vulnerabilidad en comunida-des situadas en latitudes medias (Clusella-Trullaset al., 2011). En organismos ectotérmicos mari-nos, las comunidades con mayor riesgo desufrir choques térmicos son, igualmente, lascomunidades tropicales, tanto en cangrejosmareales del género Petrolisthes (Stillman &Somero, 2000) como en moluscos bivalvos(Compton et al., 2007).

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Vulnerabilidad al estrés térmico en comunidades delarvas de anfibios subtropicales y templados. Efectodel microambiente (Duarte et al., 2012).

La predicción fundamental de este estudioes que las especies subtropicales serían más sus-ceptibles a sufrir estrés térmico agudo y, portanto, a la extinción inducida por el calenta-miento global, que las especies templadas, yaque sus valores de CTmax serían sólo ligeramen-te mayores que los valores de Tmax de las char-cas. Por otro lado, las variaciones térmicasmicro-ambientales podrían ser decisivas en ladeterminación del nivel de vulnerabilidad.

El examen de estas predicciones se realizóen 47 especies de anfibios, durante su etapalarvaria, pertenecientes a tres comunidades:dos comunidades subtropicales del norte deArgentina y con ambientes térmicos muy

contrastados (Figura 10): la comunidad delgran Chaco, donde los ambientes larvariosson charcas temporales de bosque abierto ymuy soleadas, con temperaturas diarias muyvariables y Tmax muy altas que oscilan entre34,2⁰C y 41,4⁰C, y la comunidad del bosqueAtlántico de la provincia de misiones, que sereproducen en charcas y arroyos dentro delbosque, con pocas oscilaciones diarias y tem-peraturas máximas que oscilan entre 21,3⁰Cy 30,4⁰C. Igualmente, se examinó una comu-nidad templada en Europa (Península Ibéricay Suecia) que incluía especies con reproduc-ción invernal, (sur de la Península Ibérica), yespecies con reproducción a principios deverano, (Suecia y montañas ibéricas). Losrangos de temperatura máxima oscilan entre18,8⁰C y 35,5⁰C. Los valores de CTmax se

Figura 10. Perfiles térmicos de dos micro-ambientes acuáticos del norte de Argentina. Paneles a la izquierda, bosqueabierto del gran Chaco (Teniente Fraga, provincia de Formosa, 23°45'36.33"S / 62°08'6.62"W, 28 Nov 2009 ‐ 10 Feb2010), y del bosque Atlántico (paneles a la derecha), charcas del bosque Atlántico (Cuña Pirú, provincia de misiones:27°03'37.94"S / 54° 49' 39.82" W; 6 Dic 2009 ‐ 15 Ene 2010).

Fotos ¿¿¿???

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obtuvieron, para todas las especies de las dis-tintas comunidades, siguiendo el métododinámico de Hutchison, a una tasa decalentamiento de 1⁰C min-1 y cuatro días deaclimatación a 20⁰C, en los distintos labora-torios de referencia (Argentina, CECOAL -CONICET, Corrientes 2009, FCEQyN -uNam, Posadas, 2010; España, EBD-CSIC,Sevilla 2009; Suecia, EBC, universidad deuppsala, 2009). Al mismo tiempo, se consi-guieron los perfiles térmicos y las Tmax de untotal de 34 charcas y arroyos.

Los resultados revelaron que los valores deCTmax de las especies de la comunidad decharcas de elevada temperatura del granChaco fueron claramente superiores, tanto alos de la comunidad templada, como a los de

la comunidad subtropical de bosque atlántico(Figura 9). Paradójicamente, esta comunidadmostró la menor tolerancia al calentamiento(TC) (TC = CTmax - Tmax, sensu Deutsch et al. [2008]; Figura 11). Este resultado sugiereque la subida esperada en las Tmax de las char-cas del gran Chaco pronto superarán losvalores de CTmax de las especies de esta comu-nidad y, por tanto, estas especies serán mássusceptibles de sufrir futuras extinciones loca-les debido al incremento en el nivel de expo-sición a episodios de estrés térmico agudo.Las especies del bosque atlántico presentanmayores TCs, al estar protegidas por el doselforestal, y, por tanto, estarían relativamenteprotegidas ante el calentamiento global.Finalmente, las especies templadas estarían

Figura 11. Valores de tolerancia al calentamiento (“Warning Tolerance” = CTmax - Tmax, sensu Deutsch et al. [2008])para 47 especies de larvas de anfibios pertenecientes a dos comunidades subtropicales de ambiente cálido de granChaco (“Subtropical Warm”) y frescos de bosque Atlántico (“Subtropical Cool”), y una comunidad templada deEuropa (“Temperate”). La línea roja muestra los valores de tolerancia al calentamiento si suponemos un incrementode 3,0⁰C por el calentamiento global, aquéllas especies que queden por debajo de la línea sufrirían extinciones porestrés térmico intenso. Las flechas verdes y las dobles líneas moradas, indican el nivel de riesgo corregido una vez quese incluyen mecanismos fisiológicos de mitigación como aclimatación a corto y medio plazo (modificado de Duarteet al., 2012).

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relativamente seguras de los impactos térmi-cos, excepto aquellas especies poco tolerantesy de reproducción tardía (e.g., P. ibericus, P. waltl,P. cultripes) que pueden sufrir estrés térmicoen las décadas venideras.

Los resultados obtenidos confirman lahipótesis de que las comunidades de organis-mos ectotérmicos que están sometidas a altastemperaturas ambientales son más suscepti-bles de recibir impactos por el calentamientoglobal. Por extensión, podríamos considerarque otras comunidades de anfibios tropicalesy subtropicales, que se reproducen en verano,en charcas soleadas y en biomas no forestales(e.g., formaciones de Cerrado, Caatinga yLlanos en Sudamérica, sabanas tropicales ysubtropicales de Australia, sabanas tropicalesdel centro, sur y oeste de áfrica e India),podrían sufrir niveles similares de estrés tér-mico. Por otro lado, se confirma la predicciónde que la variación en el micro-hábitat térmi-co resulta determinantes en la vulnerabilidada sufrir estrés por el calentamiento en comu-nidades geográficamente próximas.

Este último resultado es destacable desdeel momento en el que el 72% de todas lasespecies de anfibios conocidas viven en bos-ques tropicales, tanto montanos como de lla-nura (Chanson et al., 2008). El dosel forestal pro-tege térmicamente los ambientes acuáticosdonde se desarrollan las larvas y posiblemen-te también los huevos y embriones terrestresde especies con desarrollo directo. La defores-tación intensa de los bosques tropicales puededeterminar la pérdida de esta protección conla consiguiente disminución de humedadrelativa y subida de temperaturas en charcas,arroyos y suelo del bosque (Ernst & Rödel, 2005;meegaskumbura et al., 2012), lo que puede pro-mover extinciones locales de aquellas especiescon menor tolerancia térmica. Nuestros aná-

lisis en el bosque atlántico de misiones mues-tran que las temperaturas de charcas y arroyosdeforestados sufren un incremento notabletanto en la variabilidad diaria como en losvalores máximos de sus temperaturas que lle-gan a sobrepasar los límites de tolerancia dedos especies ligadas al bosque (C. schmidti eH. curupi, Figura 12). Estos cambios en lastemperaturas, por causa directa de la defores-tación de origen antrópico, podrían ser unade las causas de la disminución observada enla riqueza de especies con reproducción acuá-tica en fragmentos de mata Atlántica del SEde Brasil (Becker et al., 2007, 2009).

El valor promedio de TC para lacomunidad del gran Chaco (3,5⁰C), es clara-mente insuficiente para evitar el riesgo deextinción de muchas de las poblaciones deesta comunidad de anfibios, ya que no supe-ra el incremento en las temperaturas medias yla intensificación de olas de calor esperado enesta área geográfica (Burgos & Fuenzalida-Ponce,1991; IPCC, 2007; Battisti & Naylor, 2009). Sinembargo, existen mecanismos biológicos deremediación que pueden minimizar la vulne-rabilidad extrema de esta comunidad. Si tene-mos en cuenta que los anfibios presentan unescaso nivel de movilidad y dispersión (véaseno obstante, Funk et al., 2004; Phillips et al., 2006),los mecanismos que probablemente puedencompensar los efectos del calentamiento glo-bal variarán según la intensidad y la tempora-lidad de este calentamiento (Huey et al., 2012;Figura 7). En las etapas iniciales del proceso,cuando el nivel de calentamiento es bajo, lacompensación a través de mecanismos de ter-morregulación, (el efecto Bogert de inerciacomportamental; Bogert, 1949; Huey et al., 2003;marais & Chown, 2008) y la aclimatación fisioló-gica serían la respuestas más rápidas. Losrenacuajos, aunque pueden termorregular de

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manera efectiva (Hutchison & Dupré, 1992), difí-cilmente pueden hacerlo cuando las tempera-turas de las charcas alcanzan temperaturaselevadas al no existir apenas estratificación,sobre todo en charcas temporales de pocaprofundidad y expuestas al Sol. Si la tempera-tura ambiental sigue aumentando y se supe-ran los límites que permiten estos mecanis-mos plásticos, la compensación se tiene quesustentar en una respuesta evolutiva median-te cambios genéticos compensatorios. Laspruebas empíricas parecen mostrar dificulta-des en las poblaciones naturales para adaptar-se rápidamente al cambio climático, debido auna baja heredabilidad en las tolerancias(Kellerman et al., 2009), interacciones genéticasentre caracteres y, finalmente, a variacionesen la dirección de la selección (Hoffmann &

Sgrò, 2011). Además, los anfibios son organis-mos con un tiempo de generación relativa-mente largo, con lo cual las respuestas evolu-tivas rápidas, como mecanismo compensato-rio al cambio climático, pueden ser poco efi-caces. un mecanismo compensatorio alterna-tivo sería un cambio fenológico en la repro-ducción que eludiera los episodios de calenta-miento intenso. Los cambios en las fechas dereproducción son factibles en anfibios (Beebee,1995) y serían una posibilidad de evitar estréstérmico en aquellas especies templadas quesufren temperaturas altas sólo al final de laestación, pero no así en las especies tropicalesy subtropicales como las del gran Chacodonde los picos de altas temperaturas puedenocurrir de manera errática y no predecible(apartado II, Figura 6). En resumen, pensa-

Figura 12. Comparación de los perfiles térmicos de charcas y arroyos del bosque Atlántico de la provincia demisiones, NE de Argentina. En el panel superior aparece un arroyo con la cubierta forestal intacta, mientras queen los paneles central e inferior aparecen los perfiles de temperatura para un arroyo y charca deforestados, respecti-vamente. Las líneas discontinuas son los valores de CTmax para dos especies de la comunidad, C. schmidti e H. curu-pi. Se puede apreciar que las temperaturas de los dos micro-ambientes deforestados sufren un incremento notable,tanto en la variabilidad diaria como en los valores máximos, con respecto al arroyo intacto, llegando incluso a supe-rar los valores de tolerancia de estas especies.

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mos que el mecanismo de mitigación realmás efectivo para esta comunidad sería el deaclimatación fisiológica descrito previamente(apartados II y IIIa). En este caso, las especiesvulnerables de la comunidad del gran Chacopueden tener una ligera respuesta compensa-toria, tanto por aclimatación a medio plazo(días) como a corto plazo (horas), que puedeincrementar su CTmax como máximo unos 2 -3⁰C. Por tanto, estas especies podrían tenercierto nivel de seguridad aumentando su tole-rancia al calentamiento (Figura 11), aunqueno podemos descartar un riesgo significativode sufrir estrés térmico agudo, especialmenteante episodios extremos de olas de calor.

CONCLuSIONES

El análisis de parámetros fisiológicos comolas tolerancias térmicas resulta fundamentaltanto para el examen de numerosas hipótesisbiogeográficas como para conseguir estimasrealistas de la vulnerabilidad de los organis-mos ectotérmicos al calentamiento global. Eneste estudio hemos examinado, en primerlugar, la hipótesis de Janzen aplicada a larvasde anfibios, demostrando que en una comuni-dad tropical los rangos de tolerancia son másestrechos que en una comunidad templada,gravitando estas diferencias en una mayortolerancia a temperaturas bajas de las especiesde climas templados, cuyas temperaturasmínimas ambientales varían de manera esta-cional. En segundo lugar, hemos examinadola hipótesis de una mayor vulnerabilidad delos anfibios tropicales a sufrir los efectos delcalentamiento global. Nuestros resultadossugieren que las comunidades de larvas deanfibios subtropicales que se reproducen enambientes de altas temperaturas, presentan,como predice la hipótesis, una mayor vulnera-

bilidad a sufrir estrés térmico agudo a pesar depresentar mayores valores de tolerancia térmi-ca y un mayor nivel de compensación poraclimatación rápida. Igualmente, descubrimosque la variación en los micro-ambientes tér-micos son fundamentales en estas estimas devulnerabilidad que pueden alterarse poracción directa del hombre (e.g., deforestaciónde los bosques tropicales). Proponemos unmayor estímulo en los estudios de fisiologíatérmica en dos áreas principales. Primero, enel ámbito de la biología de la conservaciónpara promover tanto modelos bioclimáticosmecanicistas que proporcionen estimas devulnerabilidad más realistas, como un conoci-miento más profundo de los impactos globa-les sobre la comunidad e implicaciones asocia-das a sinergias con contaminantes como, porejemplo, la disminución observada en la tole-rancia térmica (CTmax ) en renacuajos de Bufocalamita tratados con el pesticida glifosato,(C. Cabido, I. garin, x. Rubio, m. Tejedo,datos no publicados). un segundo ámbito deimpulso sería en los estudios biogeográficos,en particular en el análisis de los fundamentosfisiológicos del origen y mantenimiento de laextraordinaria biodiversidad existente en lasmontañas tropicales.

AgRADECImIENTOS: Numerosas personas han ayuda-do de manera decisiva en este proyecto, tanto en el tra-bajo de campo como en el soporte logístico. mostramosun especial reconocimiento a: J.L. Acosta, D. Baldo, R.Cajade, m. Duré, m. garcía, A.I. Kehr, D. martí, Letymonzón, J.J. Neiff, N. Oromí, R. Reques y E. Shaefer enCECOAL-CONICET, uNNE y FCEQyN-uNam//CONICET (Argentina); D. álvarez, m.Benítez, J. Bosch, C. Cabido, m. Chirosa, J. Díaz, D.Donaire, A. Egea, I. garin y R. Reques, x. Rubio(España); A. Laurila, g. Orizaola y B. Rogell (EBC,uppsala university, Suecia); J Hammond (PLE,

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RREFERENCIASEFERENCIAS

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university Pittsburgh); I. Ribeiro, A. Santiago (uESC,Ilhéus, Brasil). gracias en especial a Z.P. Sousa doAmaral por introducirnos en el análisis de CTmax en lar-vas de anfibios, y a E. martín-Lorente por el diseño yfabricación del instrumental. Todas las especies fueronmuestreadas y analizadas experimentalmente con lospermisos del ministerio de Ecología de la provincia demisiones (Argentina); Consejería de medio Ambientede la Junta de Andalucía y Consejería de medioAmbiente del Principado de Asturias (España);Länsstyrelsen uppsala Län (Suecia); “use of Laboratory

Animals in Research and Education, university ofPittsburgh (Estados unidos). Este proyecto ha sidofinanciado por la Agencia Española de Cooperación yDesarrollo (AECID), ayudas A/016892/08,A/023032/09, AP/038788/11 y por el proyectoCgL2009-12767-C02-02 del ministerio de Ciencia eInnovación a mT y CgL2008-04814- C02-02 a JFB.ARB fue financiado por una beca postdoctoral delministerio de Educación y Cultura de España(mEC2007-0944). Agradecemos finalmente las sugeren-cias y comentarios sobre el ms de un revisor y de m. Piñero.

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