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Relación de potencia en ecosistemas

Área: Ecología — Domingo, 6 de septiembre de 2015

Si se dobla el número de presas en un ecosistema la cantidad de depredadores no se dobla, sino que se queda por debajo según una ley de potencias.

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Todas las formas de vida en la Tierra están interrelacionadas de tal modo que forman una red en la que unas especies dependen unas de otras.
La relación interespecífica más evidente es la de depredador-presa, que finalmente forma las cadenas o redes tróficas. Podemos representar simbólicamente esto como una pirámide. En la base están los productores primarios constituidos por los seres fotosintéticos que usan la luz del sol para sintetizar moléculas orgánicas ricas en energía. Generalmente a estos seres los llamamos plantas. Sobre las plantas están los herbívoros y de los herbívoros se alimentan los carnívoros. Pongamos que, para ilustrar el concepto y de una manera simplificada, se trata de una sabana africana sobre la que pastas las gacelas y estas son comidas por los leones.
Se dice que esta estructura trófica tiene forma piramidal porque en la base de la pirámide hay mucha hierba, luego hay menos herbívoros y son aún menos los carnívoros. La razón por la que esta estructura es piramidal es puramente termodinámica. Se necesitan muchas gacelas para alimentar a un león durante toda su vida. Además, si el número de leones es excesivo rápidamente acaban con todas las gacelas y los leones desaparecen. Así que hay una autorregulación del sistema.
Esto, obviamente, es también aplicable a los mares. Así que cuando nos comemos un atún, por ejemplo, tenemos que ser conscientes de que estamos comiendo un depredador y de que es ecológicamente equivalente a comer leones. Lo mismo se puede decir de las granjas de pescado en las que los peces son alimentados con harina de pescado, básicamente son un barbaridad termodinámica. Sería como alimentar leones con carne de cordero.
Al final de la gran pirámide trófica planetaria está el ser humano, cuya población es cada vez más numerosa y que depreda a los otros seres. Es el superdepredador definitivo.
Conviene ser también conscientes de que una cosa es el ecologismo, que es un movimiento político, y otra la Ecología, que es la parte de las Ciencias Biológicas que se encarga de estudiar este tipo de cosas. Aunque el ecologismo bebe, supuestamente, de las predicciones que la Ecología hace sobre los ecosistemas.
Algunas de las características que definen a la Ecología (como a las demás ciencias) son la medición y la posibilidad de elaborar modelos matemáticos.
Para el caso simple de una pirámide trófica formada solamente por gacelas y leones es fácil asumir que el número de leones será proporcional al número de gacelas. Es decir, si el número de leones es D (depredadores) y el número de gacelas es P (presas) entonces habrá una constante de proporcionalidad que nos diga cómo de empinada está la pirámide trófica. Es decir, el número de leones será el producto de A por P, siendo A menor que 1:

D=AP

Parece de lo más lógico, pues un aumento de las gacelas incrementa el número de presas disponibles para los leones y estos pueden aumentar en número. Lo que significa que, independientemente del valor de A, cuando se dobla el número de presas (o su densidad), también se dobla el de los depredadores.
Así que sólo nos queda ir a África a contar los leones y gacelas que hay en determinados ecosistemas para saber el valor de A. Si son ecosistemas lo más cerrados posible mejor (algo fácil, por desgracia, al haber poca vida salvaje fuera de los parques nacionales).
Así por ejemplo, se puede hacer esto en el Kalahari, en el Ngorongoro, en el delta del Okavango o en la reserva Kruger. O se puede hacer en muchos otros ecosistemas de todos los continentes y océanos. De hecho, muchos de los trabajos de campo de los ecólogos tratan precisamente de este tipo de recuentos, así que hay mucha bibliografía sobre el tema.
Pues bien, Ian Hatton (Universidad McGill, Canadá) y sus colaboradores se pusieron a recabar este tipo de artículos hasta sobrepasar más de mil estudios realizados en los últimos 50 años. De este modo obtuvieron datos sobre 2.260 ecosistemas en 1.500 áreas geográficas diferentes, desde los trópicos a las regiones polares. Los estudios cubrían todo tipo de seres: grandes mamíferos, invertebrados, zooplancton, fitoplancton, invertebrados, plantas…
Pudieron comprobar que la “ley” anterior no se cumple en casi ningún caso y que la relación no es lineal, sino de potencia sublineal:

D=AP3/4

Es decir, hay menos leones de los que creíamos que debería haber. Los ecosistemas simplemente sostienen a menos depredadores de lo que imaginábamos. La pirámide no es tal, sino una pirámide rechoncha curvada según una ley de potencia. Y esto es independiente del tamaño del ecosistema, de su tipo, de su ubicación, etc.
“Da la impresión de que las especies se reproducen a ritmos menores cuando son abundantes. Cuantos más animales hay, menos crías tienen. Para que el equilibrio del ecosistema se mantenga, los depredadores están limitados por la cantidad de crías disponibles”, dice Hatton.
Así que no es D=AP1, sino D=AP3/4=AP0,74. El exponente 0,74, puede variar un poco e ir de 0,72 a 0,81 según el caso. Pero es que esta ley parece universal y es aplicable incluso a los productores primarios como praderas o algas marinas. Sus herbívoros no proliferan linealmente, sino según esta ley de potencia.
La ley de potencia se cumple a lo largo de todo los ecosistemas. Al parecer, los autores sólo encontraron algunas comunidades de peces y protistas que no cumplían esta ley de potencia.
Aunque los ecólogos sabían desde hace tiempo que determinadas leyes matemáticas controlaban ciertas funciones relacionadas con el metabolismo, crecimiento, etc, esta nueva relación a escala ecológica había pasado desapercibida hasta ahora.
La ley de Kleiber, conocida desde los años treinta del pasado siglo, ya dice que la fisiología está gobernada por una relación de potencia de exponente 3/4, de tal modo que el ratio de reproducción y el metabolismo cambian en función de la masa corporal según esa relación. De esta manera, cuanto mayor es un animal menos consume en proporción. Un elefante consume proporcionalmente menos que un ratón.
¿Por qué se da esta ley? Se sabe que, fisiológicamente, la velocidad de crecimiento declina con el tamaño. Así por ejemplo, las células del elefante crecen 100 veces más lentamente que las de ratón. Los autores especulan que quizás sea esta la razón. También podría deberse a los límites que impone el metabolismo, a la ralentización de la reproducción y cría entre las presas por la presión de los depredadores, a la competencia por los recursos, etc.
Otros expertos sugieren que los ecosistemas más productivos son simplemente ineficientes cuando se trata de transferir la energía a lo largo de la cadena trófica.
Al darse la relación de potencia a todos los niveles de organización, de individuos a ecosistemas, parece que hay algún proceso básico que emerge a lo largo de los distintos niveles de organización de la vida que todavía no comprendemos bien. Pero se especula que esta relación podría ser una ley universal en Biología.
A nivel práctico esta nueva ley nos puede servir para gestionar o proteger mejor los ecosistemas en peligro, como las sabanas africanas o las selvas tropicales. Si las presas aumentan, la cantidad de depredadores aumentará solo ligeramente.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Fotos: NeoFronteras.

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2 Comentarios

  1. tomás:

    Querido Neo:
    No comprendo la analogía de alimentar leones con carne de cordero. ¿Es porque los corderos son nuestro alimento en paralelo a alimentar los peces de la piscifactoría con harina de peces que podríamos comer nosotros? ¿O querrías decir alimentar leones con carne de león, hecho que también sería una estupidez? Lo digo porque anteriormente se dice que comer un atún es equivalente a comer leones, lo que me parece cierto. Lamento no comprender.

    En el párrafo 8 empezando por abajo dice 3/4 = 0,74, pero es 3/4 = 0,75, aunque eso no sea importante ya que se da luego un margen, lógico por otra parte, desde 0’72 a 0,81.

    También podríamos aplicar esa ley a la humanidad. Pero la medicina, que permite la supervivencia de niños y madres que morirían sin ella y la prolongación de la vida mucho más allá de lo que sería posible en la naturaleza, quizá tergiversa el exponente.

    Saludos cordiales.

  2. NeoFronteras:

    Los corderos comen hierba. Si los usamos para alimentar leones y luego nos comemos a estos leones es termodinámicamente equivalente a alimentar peces con harina de pescado para poder luego comernos esos peces carnívoros.
    Los atunes son depredadores y comerlos es equivalente termodinámicamente a comer depredadores como los leones. Sean atunes de piscifactoría o salvajes.
    La productividad de un ecosistema es reducida en depredadores. En todo el Serengueti hay unos cientos de leones, pero miles de gacelas, cebras y demás herbívoros. Podemos consumir estos últimos sin problemas. Pero sólo habría leones para alimentarnos por un tiempo (o para matarlos y hacerse una foto que colgar en infame Facebook, como pasa últimamente).

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