�
|
� � �
del Sitio Web�QuantaMagazine
traducci�n de
Adela Kaufmann � � � �
fotograf�a de Todd Pearson / Fotograf�a Submarina Engbretson � � Los cient�ficos han localizado una se�al de advertencia que surge en los sistemas complejos como las redes de alimentos ecol�gicos, el cerebro y el clima de la Tierra. �Podr�a esto ayudar a prevenir futuras cat�strofes? � � � Asentado en los bosques del norte de Wisconsin,�el Lago Peter, una vez repleto de peces dorados, Cabezones y otros�"peces peque�os" (minnows), que arrancaban las pulgas que se alimentan de algas de las turbias aguas. � Entonces, hace siete a�os, un equipo de ecologistas comenz� llenar la poblaci�n del lago con la depredadora lubina americana. � A las 39 lubinas ya presentes, ellos agregaron 12, luego 15 m�s de un a�o despu�s, y otros 15 por mes despu�s de eso.�La lubina persegu�a a los peces peque�os y condujo a los sobrevivientes a la costa rocosa, lo que dio rienda suelta a las pulgas para multiplicarse y escoger el agua limpia. � Mientras tanto, las cr�as de r�balos - anteriormente devoradas por los peces peque�os - florecieron, y en 2010, la poblaci�n de r�balos explot� a m�s de 1,000.�El dominante ecosistema original de peces peque�os vinculados con algas hab�a desaparecido, y comenz� el reino de la lubina en el agua clara. � Hoy en d�a, la lubina americana todav�a nada rampante.
� El experimento del Lago Peter demostr� un problema bien conocido con�los sistemas complejos:
Pero los sistemas que presentan este tipo de "transiciones cr�ticas" tienden a ser tan complicados y lleno de bucles de retroalimentaci�n que los expertos no pueden aspirar a calcular de antemano d�nde se encuentran sus puntos de inflexi�n - o la cantidad adicional de manipulaci�n que pueden soportar antes de romperse de manera irrevocable a un nuevo estado. � �
Cortes�a de Steve Carpenter, el Lago Peter (parte inferior), un cuerpo de seis acres de agua en la Universidad de Notre Dame del Centro de Investigaci�n del Medio Ambiente que ha sido utilizado en los experimentos de los ecosistemas desde 1951, est� separado por un dique de tierra de Lago Peter, que sirve como una referencia durante los experimentos. � � En el Lago Peter, sin embargo,�Stephen Carpenter�y su equipo vieron venir la cr�tica transici�n. � Remando de trampa en trampa para atrapar pececillos retorci�ndose y cosechar otros datos de todos los d�as durante tres veranos, los investigadores capturaron la primera evidencia de campo de una se�al de alerta temprana que se teoriza que surge en muchos sistemas complejos mientras derivan deriva hacia sus puntos desconocidos de no retorno. � La se�al, un fen�meno llamado "desaceleraci�n cr�tica" es una prolongaci�n del tiempo que un sistema tarda en recuperarse de peque�as perturbaciones, tales como una enfermedad que reduce la poblaci�n de peces peque�os, en la proximidad de una transici�n cr�tica. � Esto se produce porque las fuerzas estabilizadoras internos de un sistema - sean las que sean - se vuelven m�s d�biles cerca del punto en el que de repente propulsan el sistema hacia un estado diferente. � Desde�el estudio del Lago Peter, el inter�s en el retraso cr�tico se ha extendido a trav�s de disciplinas, trayendo consigo la esperanza de prevenir e impedir una gran cantidad de catastr�ficas fallas. � A medida que los te�ricos refinan su comprensi�n del fen�meno, los experimentadores est�n reuniendo m�s evidencia de que en una mezcla de sistemas del mundo real.
Los expertos subrayan que el estudio de la cr�tica ralentizaci�n est� en sus primeras etapas, y a�n no est� lista para servir como una llamada a la acci�n en la gesti�n de los sistemas reales. � En algunos casos, un respuesta a la se�al podr�a salvar una especie en peligro, una�salud mental del paciente, o�una industria.�Sin embargo, en otros tipos de sistemas complejos que se han estudiado matem�ticamente - tales como las redes alimentarias que, a diferencia del Lago Peter, son tan ca�ticas que no exhiben transiciones cr�ticas en todos - la misma se�al podr�a ser una falsa alarma. � Carpenter, que ha vuelto al Lago Peter para un nuevo experimento, dice que se necesita mucha m�s investigaci�n para resolver estos casos diferentes. � Mientras tanto, dijo,
� � � Un Pez dos Peces � Un amante de la naturaleza que disfruta de la pesca, la caza y la formaci�n de un lanzallamas en las plantas no nativas alrededor de su casa en el suroeste de Wisconsin, Carpenter,
Carpenter ha trabajado de manera intermitente durante 35 a�os en la reserva experimental donde se encuentra el Lago Peter, haciendo uso de los sistemas relativamente cerrados que proporcionan los lagos para probar grandes ideas en�teor�a de la complejidad. � Una desaceleraci�n cr�tica, como una idea, puede ser remontada por lo menos hasta la d�cada de 1950, cuando los f�sicos teorizaron que surgir�a en ciertas propiedades de la materia cerca de una fase de cambio. � Pero como Carpenter dice, la utilidad potencial de desaceleraci�n cr�tica permaneci� desconocida hasta una difusa conversaci�n en 2003 en un restaurante-bar en Tobago, donde �l y varios compa�eros se hab�an reunido para una conferencia. � �
Jeff Miller / Universidad de Wisconsin, Madison Stephen Carpenter, profesor de zoolog�a y director del Centro de Limnolog�a de la Universidad de Wisconsin, Madison, de pie en el lago Mendota cerca de la costa del campus. � � Crawford�"Buzz"�Holling, un eminente ecologista te�rico canadiense, hab�a comenzado recordando una�explicaci�n c�lebre�de las plagas de insectos que �l y dos colaboradores hab�an desarrollado en 1978. � Ellos mostraron que en un modelo matem�tico de un ecosistema boscoso en evoluci�n, cuando las condiciones eran correctas, era posible que un peque�o cambio en estas condiciones afectara una explosi�n repentina de insectos que matan los �rboles, como sucede cada pocas d�cadas en los bosques de abetos de Canad� y Estados Unidos. � Pero hab�a un aspecto del modelo que Holling dijo que nunca hab�a entendido: Antes de un brote, cuando los insectos son todav�a escasos, pero el bosque modelo se desplazaba hacia su punto de inflexi�n, la poblaci�n de insectos comenzar�a a variar m�s y m�s err�ticamente de un lugar a otro a trav�s del bosque. � Sentado en la mesa estaba�William�"Buz"�Brock, un economista matem�tico especializado en�sistemas din�micos�en Madison. � Brock supo de inmediato por qu� la variaci�n en la poblaci�n de insectos hab�a aumentado cerca del borde de un brote.��l sac� un bloc de notas amarillo, y, entre un par de botellas de vino, explic� la cr�tica ralentizaci�n a sus compa�eros ecologistas. � Carpenter dijo que se dio cuenta "inmediatamente" que el fen�meno podr�a servir como una se�al de advertencia ecol�gica. � Result� que el ecologista alem�n�Cristian Wissel�hab�a�se�alado lo mismo�hac�a 20 a�os, pero casi nadie se hab�a dado cuenta.
La red alimentaria del Lago Peter tiene dos estados estables, conocidos en la jerga matem�tica como "atractores".
Una vez m�s, el ecosistema es impulsado auto-reforzando el�bucle de realimentaci�n. � � �
� Andrew Silver para la Revista Quanta, con el dise�o de Olena Shmahalo y la fotograf�a de Todd Pearson / Fotograf�a Submarina Engbretson � � � En un diagrama simplificado de estados posibles del ecosistema, los dos estados estables forman las secciones superior e inferior de una curva en forma de S. � Si el ecosistema se aleja de esta curva, vuelve r�pidamente a ella, permaneciendo anclado ya sea a la parte superior o en el estado m�s bajo dependiendo de qu� bucle de retroalimentaci�n domina su din�mica. � Con el tiempo el ecosistema puede vagar horizontalmente a lo largo de la curva, arrastrado por una corriente de influencias externas, hacia una de las curvas cerradas - un punto de inflexi�n. � Cuando Carpenter y su tripulaci�n hizo crecer la poblaci�n de lubinas del lago, el ecosistema deriv� de la parte inferior izquierda de la curva S hacia la primera curva.�A medida que se aproximaba a este punto de inflexi�n, el bucle de realimentaci�n que favoreci� a los pececillos comenz� a perder su dominio sobre el bucle de realimentaci�n de la competencia, lo que favoreci� a la lubina.�Los efectos casi se anulan mutuamente. � En consecuencia, cuando enfermedades y otras perturbaciones aleatorias empujan las poblaciones de la especie fuera de la curva, lleva mucho m�s tiempo que el ecosistema vuelva a estabilizarse.�Esta es una ralentizaci�n cr�tica. � La desaceleraci�n permite que se acumulen alteraciones en el ecosistema, por lo que, en el modelo de Holling, la variaci�n en el n�mero de insectos aumenta cerca del borde de un brote.�Y cuando Carpenter y su equipo contaron pececillos en 60 trampas cada d�a, la variaci�n en los conteos de lubinas tambi�n aument� al irse acercando el punto cr�tico de inflexi�n. � La cadena alimenticia del lago Peter est� ahora anclada a la parte superior de la curva S. � Extrayendo las suficientes lubinas para propulsar el sistema a su punto de inflexi�n y restaurarlo a su estado dominado por los peces peque�os probablemente s�lo ser� posible mediante un despiadado e indiscriminado veneno para peces.
De todos modos, no es necesario. � Para el nuevo experimento del Lago Peter, el predominio de las lubinas o los pececillos es irrelevante. � � � � Ralentizaciones cr�ticas � La desaceleraci�n cr�tica tiene que ser accionable para ser �til en�la prevenci�n de�cat�strofes en el mundo real. � Hace dos a�os, Carpenter y su equipo comenzaron a enriquecer gradualmente al Lago Peter con nutrientes para conducirlo al borde de una transici�n cr�tica diferente: el inicio de la floraci�n de las algas. � Cuando estuvieron estad�sticamente seguros de que hab�an medido una ralentizaci�n cr�tica en los niveles de pH y algas, ellos dejaron de enriquecer el lago, y esperaron para ver si el florecimiento de algas podr�a suceder de cualquier manera o si la respuesta de los investigadores a la se�al permit�a al lago para volver a su normalidad.
Eventualmente, dijo, los administradores de ecosistemas con recursos limitados pueden utilizar mediciones de reducir fundamentalmente la velocidad para comparar el bienestar relativo de los diferentes lagos, calific�ndolos en categor�as de sano, deteriorado y condenado, y concentrar sus esfuerzos donde puedan hacer la mayor diferencia. � �
Cortes�a de Lisandro Benedetti-Cecchi Las aguas intermareales fuera de Capraia, una isla italiana, est�n dominadas por, ya sea bosques en miniatura con diversidad de especies (parte superior) o el tepe ambientalmente menos favorable (parte inferior). El bosque presenta indicadores de alerta temprana antes de caer al estado de tepe. � � Lisandro Benedetti-Cecchi, ecologista de la Universidad de Pisa, en Italia, ha�encontrado fuertes se�ales�de desaceleraci�n cr�tica en respuesta al deterioro de un ecosistema marino intermareal en el Mediterr�neo. � All�, la zona intermareal puede ser dominada ya sea por diversidad de especies de bosques en miniatura, o por el tepe, que es desfavorable para el medio ambiente.� � A medida que Benedetti-Cecchi y su equipo deterioraron peque�os parches de bosque, conduci�ndolos hacia el punto de inflexi�n en el que el tepe se hace cargo (cuidando para evitar da�ar �reas no experimentales), midieron la cr�tica ralentizaci�n en el tiempo de recuperaci�n del bosque. � En un estudio separado que a�n no ha sido publicado, se encontraron con que la longitud de recuperaci�n, o la distancia necesaria para una regi�n dominada por el tepe a la transici�n de vuelta a una regi�n dominada por bosques sanos, tambi�n aument� cerca del punto de inflexi�n. � Benedetti-Cecchi espera que las mediciones del tiempo de recuperaci�n y duraci�n eventualmente se vuelvan parte de la caja de herramientas de cada guardi�n de vida salvaje de la fauna costera.
Marten Scheffer�y sus colaboradores han encontrado que la cr�tica ralentizaci�n�en las variaciones del estado de �nimo�puede servir como un indicador de episodios depresivos inminentes. � Est�n�ahora en busca de la se�al�en la actividad neuronal antes de los ataques de migra�a, que afectan a un 12 por ciento de los adultos y se cree que son provocados por�transiciones cr�ticas en la corteza cerebral.
Otros investigadores han comenzado a utilizar la desaceleraci�n cr�tica como una herramienta para predecir�el futuro�del clima de la Tierra. � Ya en 2008,�Vasilis Dakos�de ETH Zurich en Suiza y colaboradores�encontraron evidencia�en los datos paleo-clim�ticos, que la ralentizaci�n cr�tica precedi� a muchos cambios clim�ticos bruscos en la historia de la Tierra, tales como,
...sugiriendo que muchos de los grandes sistemas clim�ticos experimentan transiciones cr�ticas. � En un estudio de los datos de observaci�n actuales (La Ralentizaci�n de la Varibilidad del Clima del Pac�fico Norte y sus implicaciones para el cambio abrupto de los Ecosistemas - Slowing down of North Pacific Climate Variability and Its Implications for Abrupt Ecosystem Change) publicado en septiembre,�Tim Lenton�y Chris Boulton, los cient�ficos del sistema terrestre en la Universidad de Exeter, en el Reino Unido, midieron una ralentizaci�n de las fluctuaciones de temperatura de la superficie marina en un patr�n de circulaci�n oce�nica llamado�Oscilaci�n Decadal del Pac�fico�(PDO). � La PDO en s� no parece sufrir transiciones cr�ticas, pero un debilitamiento de sus fuerzas estabilizadoras internas podr�a ser una mala noticia para los ecosistemas marinos relacionados que s� tienen puntos de inflexi�n. � Actualmente, dijo Lenton, los cient�ficos del clima tienden a tratar las transiciones cr�ticas en el clima de la Tierra como eventos de alto impacto pero de baja probabilidad. � Sin embargo, una,
Pero sin ventana al funcionamiento interno de la mayor�a de los intrincados sistemas complejos, a menudo podemos s�lo adivinar si tienen m�ltiples estados estables y transiciones cr�ticas. � Muchos sistemas del mundo real parecen seguir el modelo del Lago Peter.�Pero otros son tan ca�ticos que sus variables evolucionan de manera imprevisible y no presentan transiciones cr�ticas en absoluto. � Esto podr�a ser cierto en algunos sistemas clim�ticos, e incluso algunos lagos. � En 2010, los ecologistas te�ricos de la Universidad de California, Davis,�demostraron�que en un modelo particular de una red alimentaria de tres especies del lago, una de las especies puede salir de su equilibrio y extinguirse sin tener que mostrar signos de desaceleraci�n cr�tica.
A diferencia de la curva S en representaci�n de estados estables del Lago Peter para estos ecosistemas, dijo Hastings
En otros casos, la desaceleraci�n cr�tica puede estar presente en un sistema, pero demasiado d�bil para ser f�cilmente medida. � Jeff Gore, un biof�sico en el Instituto de Tecnolog�a de Massachusetts y un co-investigador en el estudio de la costa mediterr�nea, tambi�n ha conducido una serie de estudios detallados (Indicadores Gen�ricos para la P�rdida de Resiliencia antes de un Punto de Inflexi�n que lleva al Colapso de la Poblaci�n - Generic Indicators for Loss of Resilience Before a Tipping Point Leading to Population Collapse) de ralentizaci�n cr�tica en cultivos de levaduras de laboratorio - ecosistemas que Gore admite que no le importan, pero que exhiben inequ�vocas transiciones cr�ticas. � En los cultivos de levaduras que son estabilizados por m�ltiples influencias del medio ambiente, al mismo tiempo, el equipo de Gore�inform� recientemente que las se�ales de desaceleraci�n cr�tica pueden (para ciertas combinaciones de influencias) deste�irse y son dif�ciles de detectar. � Un reciente�art�culo de revisi�n�por Scheffer, Carpenter, Dakos y�Egbert van Nes, de la Universidad de Wageningen se resume lo que se sabe actualmente sobre el alcance de la desaceleraci�n cr�tica, incluyendo sus limitaciones.
� � |
