paramos y humedales2

Cambio Climático en ecosistemas de páramoImportancia de la investigación básica en el análisis de impacto

Jorge Jácome Ph.D.Unidad de Ecología y Sistemática

Herbario de la Pontificia Universidad Javeriana Pontificia Universidad Javeriana

Moderador

Notas de la presentación

Son innumerables en la actualidad los artículos e informes de prensa en los que se postulan las consecuencias biológicas del cambio climático, no solo a nivel de organismos, sino también de poblaciones, comunidades y ecosistemas. La mayoría de trabajos sin embargo han sido realizados en el hemisferio norte donde los patrones de cambio ha podido ser establecidos mas claramente. Esto se ha manifestado con temperaturas cálidas en temporada de invierno y cambios en los regímenes de precipitación, afectando así a los organismos en momentos críticos durante su historia de vida.

Modificado de Hughes, 2000Walther et al. 2002Parmesan & Yohe 2003

Incremento del CO2(otros gases con efecto invernadero)

Cambio ClimáticoIncremento en las temp.Cambios en la precipitación.Cambios en la frecuencia de eventos

extremos.

Efectos fisiológicosFotosíntesis, Respiración,

Crecimiento, Uso de agua,

composición de tejidos, tasas

metabólicas, descomposición

Cambios fenológicosEfectos sobre la distribuciónhacia los polos, hacia elevaciones

superiores

Cambio en interacciones entre especiesCompetencia, Herbivoría, Parasitismo,

Mutualismo

Cambios en la

distribuciónExtinción de especies

Cambio en la estructura, composición y

función de comunidades y ecosistemas

Moderador


Con base en lo anterior se ha podido establecer que el cambio climático ha empezado a originar o bien podría originar cambios en los organismos a través de cambios en procesos fisiológicos, cambios fenológicos o cambios en los patrones de distribución. Estos a su vez podrían ocasionar cambios en las interacciones entre especies la que podrían originar de nuevo cambios en patrones de distribución y extinción de especies. El escenario que más atemoriza en la actualidad a científicos e investigadores es las consecuencias que estos cambios a nivel biológico puedan tener en el funcionamiento de los ecosistemas, y en particular con los servicios ecológicos derivados de estas funciones (como la retención y regulación hídrica en el caso de los páramos)

Altas temperatura

Bajas temperaturas

Exceso de agua

Déficit de agua

Irradiación

Químicos (pesticidas, metales pesados,

contaminates)

Bióticos (competencia, patógenos, predadores)

Causas de Stress

Disminución en el

desempeño (reproductivo)

de los organismos

Moderador


El cambio en las condiciones globales y en particular el cambio climático son principalmente como todos sabemos una causa de stress para los organismos, la cual se presenta por altas o bajas temperaturas, tanto por exceso como por déficit de agua, alta irradiación; Presencia de agentes químicos y de agentes o entidades biológicas Dichos factores de Stress antes mencionados originan una disminución en el desempeño de funciones fisiológicas que se traduce en una disminución del desempeño reproductivo.

Stress ambiental(Biótico y Abiótico)

Respuesta

Resistencia Susceptibilidad Evasión

Aclimatación Daño o Deterioro

Crecimiento

Permanenecia

Muerte

Cambios ambientales(Biótico y Abiótico)

Tolerancia

Moderador


Esquematizando un poco el ciclo de respuesta de un organismo ante factores de estrés, podemos tener en primera mediada una respuesta de tolerancia en decir que el rango en el que varian las condiciones ambientales no representa ninguna limitante para el organismo. En caso de estar por fuera de sus limites de tolerancia, el organismo tiene, de forma muy general tres alternativas. La primera la resistencia, mediante la cual el organismo se adapta a las nuevas condiciones ambientales, lo que le permite permanecer en el habiotat. La segunda es la evasión mediante la cual el organismo evita esas nuevas condiciones ambientales, principalmente mediante la migració. Y la tercera, de susceptibilidad en la cual el organismo se ve severamente afectado pudiendo desencadenar en la muerte del mismo. Esta posibilidad de respuesta se da para cada organismo / individuo en particular, aunque es de esperar que patrones de respuesta entre individuos co-específicos sean más similares entre sí.


Respuesta

Susceptibilidad

Daño o Deterioro

Muerte

Resistencia

Aclimatación

Crecimiento

Permanenecia


Tolerancia

Evasión

Moderador


Sería muy sencillo en teoría observar el tipo de respuesta que presentaría el individuo ante cambios puntuales del ambiente, los cuales permitirian conocer su susceptibilidad “vulnerabilidad” ante un cambio en las condiciones ambientales. Así tendriamos (CLICK) que ante un cambio en el ambiente un individuo podría hacerse resistente y aclimatarse a esas nuevas condiciones. Otro respuesta a un cambio en otro factor podría ser la evasión, mientras que a otro podría ser suceptible. El conocer la respuesta puntual de un organismo ante el cambio de un factor no nos asegura que sea una respesta que se pueda observar en campo, donde el organismo puede tener la necesidad de reaccionar en un solo ciclo de respuesta a la variación en más de un factor……… asi, podríamos saber cual sería su respuesta a esta sutuación?????


Respuesta

Resistencia Susceptibilidad Evasión

Aclimatación Daño o Deterioro

Crecimiento

Permanenecia

Muerte


Tolerancia

Moderador


Es un asunto complejo el intentar establecer la respuesta para un especie sobre todo bajo condiciones en que el número de factores stressantes es alta. El establecer la respuesta a nivel de comunidad o ecosistema es aun mas compleja ya que tendríamos que tener en cuenta un mayor número de especies y la posible modulación de las respuestas de las especies como consecuencia de las interacciones bióticas que se podrían presentar.

Bajo número de especies

“homogeneidad geográfica”

Alta dominancia de especies particulares en cada conjunto

de vegetación

Bioclimatic ModelsPhysiologically‐based Models

Moderador


Para todos nosotros es bien conocido el gradiente de biodiversidad que se presenta a lo largo del gradiente latitudinal, así es posible encontra un menor número de especies en las zonas templadas que en las zonas tropicales. (CLICK) Las particularidades de los ambientes templados, de bajo número de especies, una relativa homogeneidad geográfica (bajo número Pedobiomas) y la característica de alta dominancia de las comunidades ha permitido el desarrollo de dos aproximaciones hacia e modelamiento de los efectos del cambio climático en los ecosistemas (Click). Estas dos aproximaciones ampliamnte documentadas son la de los modelos bioclimáticos y la de los modelos basados en la fisiología de las especies.

Gradiente Climático Distribución esperada / Nicho fundamental

Bioclimatic ModelsEstablecer correlaciones entre el clima actual y la distribución de las especies

Distribución observada / Nicho realizado

Suposición:

la distribución de las especies esta en equilibrio con el

clima, lo cual muchas veces no es cierto

Huntley et al. (1995) Pearson et al. (2002)

Moderador


Los modelos bioclimáticos incluyen solo para la definición del nicho de las especies las variables climáticas. Así la se ha postulado que el tipo de respuesta de un organismo ante el cambio climático será completamente representada al modelar simplemente las condiciones a nivel climático que se presentarám a futuro. Esta aproximación sin embargo, se refiere fundamentelmente y valga la redundancia, al nicho fundamental y que la especie se encuentre en equilibrio con las condiciones climáticas, esto es que su optimo de distribución coincida con su óptimo ecológico ( situación que no es necesariamente cierta). La defensa de los que aplican los modelos bioclimáticos a esta crítica radica principalmente en en que el nicho sobre los cuales ellos trabajan son los reales ya que las distribuciones se obtienen de datos de distribución en campo, sin embargo debido a la aplia distribución que presentan la mayoría de especies empleadas para esta aproximación la disstribuciuón tiende al ser trabajada a una escala amplia a parecerse más a un nicho funfdamental que a uno real, siendo esta aproximación poco aplicable a escalas bajas.

Bioclimatic Models

Interacciones bióticas / cambios evolutivos / dispersión

Respuesta homogéneaa nivel de comunidad

Individual de cada especie

Los modelos bioclimáticos parecen aproximarse mejor en a las

predicciones de la distribución de ciertas especies, a ciertas escalas y

bajo condiciones geográficas particulares ( Hemisferio Norte)

Moderador


Los modelos bioclimáticos por otro lado también deben presumir que la respuesta de las especies esta inmersa en una comunidad que responde de igual manera de forma homogénea. Asi las especies solo se desplazarían a lo largro del gradiente. Este postulado ha sido desvirtuado ya desde hace algún tiempo en ecología encontrando que las respuestas son de tipo individualista.

Jacome (2005)Factors controlling the lower elevational limits in

tropical montane plants in

the Andes and their implications under the current climatic change. Dissertation zur Erlangung des Doktortitels, angenommen von: Georg‐August‐Universität

Göttingen, Mathematisch‐naturwissenschaftliche Fakultäten, 2005‐11‐03

Viola bolivianaPilea strigosa

Patrones de reiteración fijos

tiempo distancia

Patrones de reiteración plásticos o oportunistas

(Griffith, 1998)

disturbiosalargamiento no determinado

Efecto negativo de la hojarasca

Efecto positivo o neutro de la hojarasca





3000 m

2700 m

2500 m

N=20

N=20

N=20





Physiologically‐based Models

Gradiente

Establecer el mecanismo fisiológicosde respuesta de los organismos al clima

Individualiza las respuestas pero se refiere al nicho fundamental

BIOMAS(Tipos de plantas ‐

grupos funcionales)

Moderador


Otros tipos de modelos aplicados para establecer los efectos del cambio climático sobre la vegetación son los modelos basados en la fisiología de las especies. Estos modelos busca establecer los valores criticos fisiológicos para las especies y con base en este modelar el efecto que el cambio climático podría llegar a tener sobre ellas. Si bien este modelo ya excluye el problema de suponer respuestas homogéneas a nivel de comunidad se refiere de nuevo a el nicho fundamental de las especies el cual no es la realidad observable. Esta aproximación se ha utilizado principalmente en ambientes donde por dominancia de una especie, la respuesta de esta representa gran parte de la respuesta de la vegetación, o para la diversidad sintetizada en grupos funcionales o a escalas amplias (Biomas)


Factores abióticos•Temperatura•Humedad•Irradiación•Presión de aire

Factores bióticos•Competencia•Herbivoría•Patógenos

Dobzhansky (1950) MacArthur (1972)

(‐) (‐)

Gradiente

interacciones bióticas / variación intraespecífica

Moderador


Esta aproximación desconoce sin embargo que los limites de distribución y para el caso particular de los ecosistemas de los andes los limites tanto inferiores como superiores pueden estar determinados por factores diferentes. De acuerdo a lo anterior ……………………..

Modelos Jerárquicos(Hierarchical modelling framework)

Bioclimatic modelsPhysiologically‐based Models

Factores ambientales no biológicosInteracciones bióticas entre las especies

Moderador


Una Aproximación ya no tan actual es la planteada por Pearson y Dawson en el 2003, que plantean que el método uy la unidad sobre la que se debe analizar depende de la escala asi…. . Es importante mencionar sin embargo que la unidad a la que se haga el análisis a una determinada escala depende de el tipo de respuesta que se presente a un nivel inferior. Así solo establecienedo y cuantificando el peso de las interacciones bióticas podremos establecer una unidad adecuada a nivel de paisaje y unidaedes adecuadas de paisaje podran ser unidades adecuadas para el trabajo a nivel de región.

Modelos Jerárquicos ‐

Páramo

(Hierarchical modelling framework)

Bioclimatic models

(bases de datos de especies)


(información meteorológica)

Factores ambientales no biológicos

(SIG)

Interacciones bióticas entre las especies

(exp. y monit. IN‐SITU)

Moderador


La escala a la cual se espera que nosostros entregemos información biológica hoy en día esta referida a nivel regional y casi continental, Partiendo del conocimiento e información de escala muy baja. Así el trabajo combinado debe hacerse de forma jeraquica!!!

Modelos Jerárquicos ‐

Páramo

(Hierarchical modelling framework)

Moderador


Eso nos exije entragar información de diferentes tipos. Esto no implica exclusivamente el tomar datos nuevos sino una adecuada documentación y sistematización y analisis de la información ya existente. Cuanto de la conclusiones de nuestros trabajos sobre cambio climático estan realmente basadas en trabajos previos los cuales son de altisima calidad. Personalmente muy poco? Es necesario implementar una estrategia de de redocumentación y un analisis conciliado entre todos los investigadores de paramo.

Páramo ‐

Cambio Climático / Colombia ‐

X

tipo de vegetación área desplazada

Páramo 75.75%Superpáramo 85.20%

Nival 94.48%Fuente IDEAM 2002

Implican una respuesta homogénea por parte de toda la vegetación

Páramo ‐Cambio Climático –

Sabemos realmente que tan reactiva y vulnerable es realmente la vegetación de páramo?Que criterios biológicos son base para categorizar los páramos como vulnerables?

Moderador


En la actualidad sin em

Moderador


Realmente hay sustento biológico y datos que sotoprten estas afirmaciones???

El efecto del cambio climático sobre la vegetaciónFue basado en un modelo de distribución de la vegetación basado en el clima

Por lo que la respuesta a esperar es obvia!!!

Las zonas de vida EXISTEN REALMENTE EN LA NATURALEZA?

Moderador


Que tenemos en la actualidad – Caso Colombia……………?????????????????

“verano cada día-invierno cada noche”Chardon, C. E. 1938.

Apuntaciones sobre el origen de la vida en los Andes. Bol. Soc. Venez. Ci. Nat 5:1–47.

Plantas de páramo adaptadas a cambios ya que el páramo es un ambiente cambiante

Efecto (regla de) Rapoport

•Rangos latitudinales de distribución de organismos son generalmente más angostos en latitudes bajas que en latitudes altas

•Stevens (1992) amplió la hipótesis a gradientes altitudinales

•Fernández & Vrba (2005) La alta variabilidad climática selecciona especies con amplias tolerancias climáticas, y de esta manera genera amplios rangos de distribución.

¿Qué tan frágil es realmente el páramo?La carencia o síntesis inadecuada de información básica hace que programas de adaptación al cambio climático llegaran a adoptar medidas que bien podrían ser innecesarias o insuficientes

Moderador



¿Qué tan frágil es realmente el páramo?La carencia o síntesis inadecuada de información básica hace que programas de adaptación al cambio climático llegaran a adoptar medidas que bien podrían ser innecesarias o insuficientes

Hemos planteado alguna vez la hipotesis nula de

que las especies de páramo NO son vulnerables al

cambio climático de 2 o 3ºC?

Y si son sensibles? Que tan importante es esto

frente a otros factores?

Moderador


Hemos planteado alguna vez la hipotesis nula de que las especies de páramo NO son vulnerables al cambio climático de 2 o 3ºC?

Bates, B.C., Z.W. Kundzewicz, S. Wu y J.P. Palutikof, Eds., 2008: El Cambio

Climático y el Agua. Documento técnico del Grupo Intergubernamental de

Expertos sobre el Cambio Climático, Secretaría del IPCC, Ginebra, 224 pp.

“Existen

lagunas

de

información

tanto

en

términos

de

observaciones como de necesidades de investigación en relación

con el cambio climático y el agua. Los datos observacionales y el

acceso a los datos son prerrequisitos de una gestión adaptativa, y

aun así

numerosas redes observacionales están disminuyendo de

tamaño”

Moderador



La detección del cambio climático consiste en demostrar que los cambios observados en

organismos, poblaciones, comunidades, etc, son significativamente diferentes a los que se

producirían por la variabilidad natural.

¿tenemos métodos adecuados que descarten la variabilidad natural?

El detectar un cambio no significa que entendamos el mecanismo que origina un tipo particular

de respuesta

Conocer el mecanismo es necesario para hacer proyecciones y modelos, y establecer la vulnerabilidad y adaptabilidad

Causas del cambio:

1‐

Tipo climático (temperatura / precipitación)

2‐

Tipo no climático (procesos geológicos / Cambio de uso de la tierra /

especies invasoras / Polución)

¿tenemos métodos adecuados que determinen el tipo de causa de un cambio?

En estudios de campo no todas son especies son seleccionadas sino aquellas que

pueden proporcionar información i.e. que muestren un cambio. Las áreas de estudio

son escogidas con base en la presencia de las especies seleccionadas(criterios sesgados)Estudios sin este tipo de sesgos son los hechos con bases de datos, y permiten

establecer indicadores insesgados y efectivos

Como escoger especies que indicadoras efectivas del Cambio Climático?

ACCELERATES PROJECT

THE MONARCH PROJECT

MACIS EUROPEAN PROJECT

ALARM PROJECT

IN‐SITU

Exp. calentamiento artificial de parcelas

Exp. Transplante

Monitoreo y caracterizaciones


En la actualidad se han establecido

cerca

de 54

sitios

de

monitoreo

en más

de

20

países

siguiendo

esta

metodología.

En

los

países

andinos

se

están

terminando

de

establecer

a

la

fecha,

sitios

de

monitoreo

en

ambientes

de

páramo

en

Ecuador,

Colombia y Venezuela, y de puna en Bolivia y Perú

Páramo de ChingazaPáramo el DuendeEl Cocuy

IN‐SITU


Exp. Transplante


Exp. calentamiento artificial de parcelasCalentamiento en interacciones con entidades biológicas que conforman la comunidad(Factores abióticos‐

Factores bióticos)

Cambios en interacciones entre especies

Factores bióticos limitantes

Adaptabilidad

(Diversidad / Diversidad funcional)

IN‐SITU


Exp. Transplante


Exp. TransplanteCalentamiento en interacciones con entidades biológicas diferentes pre‐adaptadas(Factores abióticos‐

Factores bióticos)

Diferencias en el desempeño

Factores bióticos limitantes

Adaptabilidad

Germinación

y

expresión

sexual

de

los

gametofitos

de

especies

seleccionadas

de

Pteridofitos

del

PNN

Chingaza

bajo

diferentes condiciones ambientales y sus

implicaciones

en

el

contexto

de

cambio

climático actual

Images: http://earthobservatory.nasa.gov

Establecer una red y consolidar un

proyecto conjunto de

investigación en ecosistemas de

alta montaña (Páramo –

Puna)

Establecimiento de nichos (fundamentales y realizados)

Aproximaciones a la diversidad funcional

IN‐SITU


Exp. Transplante


Es necesario

Dejar las inicitivas locales Y afrontar el problema de páramo

como región.Establecer metodológias conjuntas

y contribuir con estrategias ya

consolidadas

Necesitamos datos!!Y datos comparables!!

Gracias por su atención

paramos y humedales2

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