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Biodiversidad y cambio climático

Autores: Margaret Trani Griep, Ecologista Regional de Wildlife Ecologist, Oficina Regional del Sur; Patricia N. Manley, Institute of Pacific Islands Forestry, Estación de Investigación del Pacífico Sudoccidental.

Problemas

Al hablar de diversidad biológica nos referimos a la variación entre distintos organismos y los complejos ecológicos de los que forman parte. Esto incluye la naturaleza interrelacionada de la genética, las especies y poblaciones a lo largo del paisaje (1). La diversidad biológica es esencial para el mantenimiento de los procesos y servicios ecosistémicos. Cuando se producen pérdidas, se reduce la funcionalidad del ecosistema (2, 3, 4). Durante los últimos años, se han registrado pérdidas sin precedentes en el ámbito de la biodiversidad biológica con factores de estrés ambiental tales como cambios en el uso de la tierra, degradación del hábitat, fragmentación del paisaje, factores contaminantes y especies invasivas que han contribuido a este deterioro.

El cambio climático se ha convertido en un factor de estrés adicional para especies y comunidades, y se espera que se agrave con el tiempo (5). En los Estados Unidos, durante los últimos cincuenta años, las temperaturas medias han aumentado 2°F/1.1Cº (6). El Programa de Estados Unidos de Investigación del Cambio Mundial (7) revela que en Alaska se ha producido un calentamiento dos veces superior (3.4°F/1.9Cº) durante el mismo período de tiempo, provocando derretimiento de los hielos marinos, retroceso de los glaciares y calentamiento del permafrost ártico. En el sudeste, las precipitaciones se han incrementado en un 30% y el período con temperaturas bajo cero ha disminuido de 4 a 7 días por año (7). Debido al aumento de las temperaturas invernales en el noreste, se prolongaron los períodos vegetativos, disminuyeron las precipitaciones en forma de nieve en invierno y se adelantaron los picos de crecida de los ríos. En el sudoeste y en las Grandes Planicies existen serios problemas a causa de las olas de calor, intensas sequías y disminución de los recursos hídricos (8). Las temperaturas más elevadas (1.5°F/0.8Cº - 4°F/-2.2Cº) en el noroeste fueron la causa de deshielos tempranos y reducción en el flujo de corrientes de verano (9). En las regiones costeras es preocupante el aumento del nivel del mar, de las temperaturas del agua y la acidificación oceánica.

Cambios esperados

Existen preguntas acerca de los desafíos que estos cambios climáticos presentan a la biodiversidad biológica. Las especies responden a las condiciones medio ambientales de acuerdo a las necesidades del hábitat y las tolerancias fisiológicas (10), lo que a la vez, afecta la composición, estructura y resiliencia de la comunidad (11). Algunas especies pueden sufrir cambios en su distribución geográfica que influyen en el movimiento estacional, reclutamiento y mortalidad (12). Los cambios en fenología (ej. calendario de disponibilidad de recursos, adelantos en las fechas de floración o anidación) pueden alterar la relación entre predadores y presas, la interacción competitiva y la dinámica de la relación entre herbívoros y vegetación (13, 1). Los nichos ecológicos pueden cambiar de forma más lenta que las expectativas por el cambio climático (14. De igual manera, el ritmo del cambio climático podría superar el índice de dispersión de distintas especies (15). También es posible que las comunidades existentes lleguen a disociarse a medida que las especies se adapten a condiciones más adecuadas, y de esta manera, las especies coexistentes podrían desplazarse en patrones divergentes (16, 17, 18, 19). La recolonización se limitaría a zonas similares a las del área principal del rango (20).

Las especies y comunidades que se encuentran en riesgo son aquellas que están dentro de zonas de distribución geográfica restringidas, fragmentadas, y las que están en las márgenes de sus zonas de distribución. También están en riesgo las especies con capacidad de dispersión limitada, escasa diversidad genética, gran afinidad por los hábitats acuáticos, poca tolerancia fisiológica y maduración tardía (18). El cambio climático puede exacerbar estos riesgos. Por ejemplo, los anfibios asociados con ambientes fríos y húmedos pueden estar sujetos a microclimas que superen su tolerancia. Las corrientes y estanques efímeros pueden ser especialmente vulnerables al desecamiento con patrones de precipitaciones variables. Las poblaciones pequeñas o dispersas que generalmente caracterizan las especies en riesgo tienen más probabilidades de sufrir el impacto de fenómenos climáticos estocásticos y es posible que no tengan la capacidad de adaptarse a los cambios en el clima.

Se ha demostrado que el cambio climático afecta la distribución geográfica de las especies a lo largo de los gradientes de elevación (21, 22). Las aves de zonas templadas septentrionales modificaron sus márgenes de distribución hacia mayores latitudes y las aves tropicales cambiaron sus zonas de cría hacia altitudes más elevadas (11). Estos cambios en las zonas de distribución han afectado las estrategias migratorias en las cuales el éxito depende del nivel de variación del clima en referencia a las necesidades esenciales del hábitat y las interacciones fundamentales de la comunidad. En el sudoeste, los pequeños mamíferos han expandido su zona a un nivel más alto de elevación, mientras que las especies de zonas altas han contraído su zona generando cambios en la composición de las comunidades (22). En las montañas de Sierra Nevada podría continuar modificándose el nivel de elevación de las especies de mariposas (23). 

Seguramente el cambio climático va a generar muchos otros cambios en la biodiversidad. A medida que las temperaturas se eleven, se espera que se expanda la riqueza de árboles de la zona este (24), con la expansión del complejo de robles y nogales hacia el norte y la contracción del hábitat de álamos y abedules (25). Los bosques antiguos del noroeste (26) y los de gran elevación (como el complejo de abetos y cipreses) en el sur (27) y otros lugares (25) son particularmente vulnerables. El aumento de las temperaturas puede afectar el crecimiento de los bosques debido al impacto de las sequías y a la disminución de la humedad del suelo. Esto aumenta la frecuencia de los ataques del escarabajo del pino y otros insectos; además los inviernos más cálidos pueden incentivar la aparición precoz de otras plagas forestales. Las aves neotropicales migratorias que son sensibles al clima (colaboradoras del clima) pueden cambiar la llegada de su corriente migratoria a la primavera como se observa actualmente en el oeste (28).

También se espera que el clima afecte las zonas de escasos recursos hídricos (p. ej., dependientes del clima, efímeros) y los sistemas acuáticos (29, 30, 31). Los cambios en la temperatura del agua pueden generar una disminución en el nivel de oxígeno en arroyos y lagos provocando una merma en la diversidad de especies acuáticas y afectando los recursos pesqueros de agua fría. El aumento de la temperatura del agua en el Caribe y las Islas del Pacífico va a continuar siendo una amenaza para los arrecifes de coral (32), mariscos y otras especies. Las islas de barrera también van a sufrir los efectos de tormentas fuertes, aumento en el nivel del mar, e intrusión salina (33), provocando la reducción de humedales costeros y esteros (6). Las comunidades que se encuentran a lo largo de la costa atlántica y del Golfo de México que cuentan con grandes concentraciones de especies incluidas en la lista federal y aves playeras migratorias también van a verse particularmente afectadas (27).

Opciones de gestión

El cambio climático genera incertidumbre en torno a cómo diseñar las mejores estrategias de adaptación y mitigación (34). Es imposible llevar a cabo una gestión estática (35); el medioambiente cambiará de manera direccional en lugar de presentar variaciones en base a una condición media (36). Las planificaciones deberán basarse en escalas temporales y espaciales que son más amplias y extensas de lo que normalmente se tiene en cuenta. La gestión para bosques resilientes y resistencia a especies invasivas deberá centrarse más en el futuro teniendo en cuenta el cambio climático, el uso de la tierra y la expansión de la población humana. La difícil toma de decisiones sobre la distribución de recursos limitados podrá favorecer a algunas especies en detrimento de otras. Por ejemplo, las estrategias de restauración podrían alejarse de las zonas costeras en riesgo por el aumento del nivel del mar. En el futuro habrá grandes áreas que se verán afectadas, por lo tanto se deberán tomar decisiones apropiadas para llevar protección a escala paisajística y regional.

Entre las opciones de gestión se deberá contemplar también la capacidad de adaptación de algunas especies en lugares que no poseen características ecológicas similares. Será de fundamental importancia mantener las condiciones que permitan cambios en la composición y migración de las especies sin modificar las funciones ni procesos del sistema. Aún se desconocen los efectos indirectos sobre la diversidad que surgen de los cambios en la distribución geográfica y las asociaciones de hábitats (29, 37); por lo que será un desafío predecir los cambios biogeográficos.

El conocimiento evoluciona a medida que los investigadores reducen los niveles de incertidumbre y comparan actividades antropogénicas que modifican la composición atmosférica con variaciones climáticas naturales. Los modelos de respuestas ecológicas (ocupación, vegetación y otros) que utilizan datos climáticos a escala regional desempeñarán un rol muy importante. Entre las opciones de gestión que ayudan a mantener la biodiversidad, aun cuando existen incertidumbres, podemos mencionar:

  • Evaluaciones de vulnerabilidad para identificar especies y comunidades en riesgo, incluyendo estrategias para maximizar la persistencia, dispersión y resiliencia del ecosistema (6).
  • Evaluación del riesgo ecológico para áreas de cambio inminente. Identificación de barreras y medidas de mitigación para mejorar la conectividad del paisaje en futuros trabajos de planificación.
  • Estrategias de monitorización a largo plazo para identificar patrones de alteraciones y fenología incluyendo la evaluación de indicadores ambientales actuales de diversidad biológica y resiliencia.
  • Estrategias de restauración adaptables basadas en los pronósticos de expansión y contracción de la distribución de especies, inminencia de tormentas y aumento del nivel del mar.
  • Mejoras en la diversidad genética para brindar resiliencia contra los factores de estrés ambiental.
  • Desarrollo de herramientas innovadoras para integrar la ciencia del cambio climático a la planificación de la gestión de tierras.

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Climate Change and Wildlife Habitat
An analysis of potential national effects of climate change on wildlife habitat is being addressed by RMRS scientists through the estimation of an index of climate change stress to terrestrial biodiversity in order to identify regional hotspots of climate change impacts. This research focuses on management strategies for climate change in the states' Wildlife Action Plans.
Contact: Linda Joyce, Curt Flather

Climate change influences on distributions of sculpin in western Montana
Sculpin are ecologically important, small-bodied fishes that live on the bottom of cold- and coolwater streams, rivers, and lakes. They are often the most abundant fish in small streams. We studied distributions of two sculpin species in relation to summer stream temperatures since 2006 and obtained historical distribution and temperature data extending back much farther. Water temperature is an important factor in determining summer distributions of sculpins in the study area, and we are exploring how stream warming influences sculpin distributions.
Contact: Susan B. Adams

Modeling potential future habitats for trees and birds in the eastern U.S.
Our group, the Landscape Change Research Group, from Delaware, OH lab of the Northern Research Station, have been modeling potential changes in suitable habitat for trees and birds of the eastern US. These maps are available online at www.nrs.fs.fed.us/atlas. We also look at dispersal potentials through another modeling toolset, and work with modification factors to understand more about the factors not readily modeled.
Contact: Louis Iverson

Species Distributions and Non-analog Climate
It is difficult to predict how species will respond under novel environments, because many species distribution models are calibrated for present conditions. It is estimated that by 2100, a quarter or more of the Earth's land surface may experience new climatic conditions that have no modern analog. This presents a challenge in anticipating the impacts of global change on biodiversity.
Contact: William Hargrove

Stream temperature influences on warmwater fish and crayfish communities, with emphasis on Yazoo darters
We are exploring how summer stream temperatures influence fish and crayfish distributions in Mississippi and establishing long-term stream temperature recording sites. A focal species for the study is theYazoo darter, a small, warmwater fish endemic to north-central Mississippi. This species appears to be restricted to stream segments with high groundwater discharge, and we are investigating whether the species' apparent groundwater dependence is due to temperature influences of groundwater.
Contact: Susan B. Adams, Mel Warren

Tropical Forest Mycology
The Center for Forest Mycology Research (CFMR), part of the Northern Research Station, leads critical research on the biology of tropical fungi native to Hawaii, US territories in the Caribbean and to other countries in the Caribbean Basin. The primary goals of this research are to: (1) recognize emerging tropical forest diseases, especially those with the potential to spread to the continental US and (2) identify the effects of environmental change on the distributions of beneficial and harmful forest fungi.
Contact: D. Jean Lodge

Western Mountain Initiative
A collaborative research program on the effects of climatic variability and change on mountain ecosystems in the Western United States.
Contact: Don McKenzie, Dave Peterson

SAVS : A System for Assessing Vulnerability of Species (Sistema de evaluación de la vulnerabilidad de las especies)
 
Herramienta de evaluación de los impactos del cambio climático y las opciones de gestión, Eastern Forest Environmental Threat Assessment Center: http://www.forestthreats.org/tools/taccimo
 

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