¿Cuántas especies se pueden mantener en un ecosistema?

Un estudio, en el que han participado investigadores de la UPM, analiza un modelo matemático que permite calcular cuántas especies pueden coexistir en un mismo ambiente de manera estable y conjunta, dando respuesta a un problema planteado desde hace décadas.

Construir un ecosistema sostenible no es solo un problema ecológico, también lo es matemático. Y es que, pese a que si nos inspiramos en el arca de Noé o en un zoológico con todos los animales libres serían muchas las especies a ubicar en un mismo entorno, los modelos teóricos demuestran que la coexistencia de todas las especies que observamos en un ecosistema natural es “poco probable”. Determinar el número óptimo de especies diferentes que se pueden mantener si queremos garantizar un ecosistema estable es el objetivo de un estudio en el que han participado investigadores del Departamento de Matemática Aplicada de la Universidad Politécnica de Madrid.

“Multitud de estudios en ecología han demostrado, desde un punto de vista teórico, que la coexistencia de un gran número de especies en ecosistemas es poco probable. Los modelos más sencillos de dinámica de poblaciones (por ejemplo, las ecuaciones de Lotka-Volterra) muestran que los parámetros de interacción entre las especies se hacen más y más restrictivos conforme aumenta el número de especies en el ecosistema. Esto es problemático, ya que en la naturaleza observamos ecosistemas estables formados por muchas especies”, explica José A. Capitán, investigador de la UPM que participa en este trabajo.

Esto implica que, para que pueda haber una coexistencia estable de todas las especies que observamos en un ecosistema, los parámetros tienen que ajustarse adecuadamente porque una mínima desviación de esas elecciones puede implicar la extinción de alguna especie.

“La introducción de nuevas especies dificulta la coexistencia y restringe los valores que pueden tomar los parámetros de interacción. Pero el ajuste fino de parámetros en una ciencia “ruidosa” como la Biología resulta paradójico: no podemos llegar a conclusiones robustas si cambios mínimos en las interacciones implican variaciones drásticas en el comportamiento dinámico del ecosistema”, añade.
En el artículo “Coexistence of many species in random ecosystems”, publicado recientemente en Nature Ecology and Evolution en colaboración con investigadores de la Universidad de Chicago y del Instituto Americano de Matemáticas, los investigadores apostaron por un punto de vista diferente al utilizado hasta el momento en ecología.

El problema del zoo aleatorio

“Consideramos que las comunidades ecológicas que observamos son una porción de un conjunto mucho mayor de especies potenciales que ha sido “filtrado”, tras sucesivas extinciones, por las interacciones del ecosistema”, relata Jose A. Capitán. “El “espejismo” del ajuste fino de los parámetros proviene del hecho de que las comunidades que observamos en la naturaleza son sólo el subconjunto de especies que son capaces de coexistir de forma estable todas juntas”, dice.

En este contexto, los investigadores se plantearon la siguiente pregunta: si empezamos con n especies, y dejamos que sus poblaciones cambien en el tiempo de acuerdo con un modelo dinámico sencillo, ¿cuántas especies sobrevivirán al final? O lo que es lo mismo: vamos a un gran zoológico y abrimos todas las jaulas, de forma que las especies interaccionarán aleatoriamente entre ellas. Si volvemos después de unos pocos años, ¿cuántas especies vivas encontraríamos?

Para realizar este cálculo, los investigadores tomaron los parámetros de interacción entre especies como muestras independientes de una distribución, en principio, arbitraria. La conclusión a la que llegaron fue la siguiente: el problema del zoo aleatorio puede resolverse matemáticamente y, bajo condiciones bastante generales, en promedio esperamos observar la mitad de las especies en coexistencia estable, independientemente del número de especies inicial y de la forma matemática concreta de la distribución de interacciones.

“En resumen, en este trabajo hemos resuelto un problema original que podría haberse propuesto y resuelto hace décadas. Sin embargo, en ecología se está renovando el interés científico por determinar las condiciones que favorecen el “ensamblaje” y la dinámica de comunidades ecológicas formadas por un gran número de especies, similares a las que observamos en la naturaleza”, explica el investigador de la UPM.

Para los investigadores es necesario “un estudio más detallado de estas condiciones de coexistencia, manteniendo el enfoque de este estudio. Nuestros resultados pueden utilizarse como punto de partida para incorporar estructuras más realistas en las interacciones entre especies. Esto podría proporcionar importantes avances en la comprensión actual que tenemos de cómo funcionan los ecosistemas naturales”.

Serván, Carlos A; Capitán, José A.; Grilli, Jacopo;  Morrison, Kent E.; Allesina, Stefano.  2018/08/01-- Coexistence of many species in random ecosystems. Nature Ecology & Evolution https://doi.org/10.1038/s41559-018-0603-6 DO  - 10.1038/s41559-018-0603-6