Un estudio muestra el impacto del cambio climático sobre los ecosistemas de agua dulce neotropicales

Investigadores de seis países exploran el microcosmos de las bromelias y muestran que los extremos de precipitación pueden afectar el funcionamiento de los ecosistemas acuáticos, con mayor impacto sobre la base de la cadena alimentaria

Por Karina Ninni  |  Agência FAPESP – Con el objetivo de entender de qué manera pueden impactar sobre diferentes ecosistemas los cambios climáticos, 27 científicos de Brasil, Argentina, Colombia, Costa Rica, la Guayana Francesa y Puerto Rico realizaron experimentos en siete lugares distintos en ambientes acuáticos existentes en el interior de bromelias, que sirven de hábitat para larvas de insectos y otros pequeños organismos.

Los investigadores descubrieron que, al contrario de lo que se podría pensar, no son los organismos del tope de la cadena alimentaria los que más sufren debido a la inestabilidad de las lluvias, uno de los efectos esperables de los cambios climáticos, sino los organismos de la base, los menores. Los resultados de esta investigación, que contó con el apoyo de la FAPESP, salieron publicados en la revista Nature Communications.

Según el ecólogo Gustavo Quevedo Romero, primer autor del artículo, son raros los estudios replicados geográficamente destinados a entender de qué manera los cambios climáticos pueden afectar a los ecosistemas. Con todo, son necesarios para entender mejor los impactos en cada región geográfica y en cada ecosistema. Y los resultados observados en los experimentos con las bromelias contradicen parte de los estudios de ecología con enfoque en los cambios climáticos y la resiliencia de las especies ya publicados.

“Manipulamos la cantidad y la frecuencia de las lluvias en los microcosmos [en el interior de bromelias] siguiendo modelos que prevén los cambios climáticos para las próximas décadas. En el mismo experimento, creamos tanto condiciones de sequía como de inundación y un índice de estabilidad hidrológica dentro de cada bromelia. De este modo, en el muestreo había plantas con condiciones hidrológicas más estables, cuyo volumen de agua variaba poco en el transcurso del tiempo, y otras con condiciones más inestables. Verificamos que la inestabilidad afectó negativamente a los organismos menores. Los mismos aparecían en mayores cantidades en los microcosmos con condiciones más estables. En tanto, los predadores mayores existían en las bromelias expuestas a períodos de mayor sequía”, comenta Quevedo Romero, docente del Departamento de Biología Animal de la Universidad de Campinas (Unicamp).

De acuerdo con la literatura, según el investigador, se sabe que los animales mayores sufren más debido a los cambios climáticos, especialmente porque cuentan con menos espacio para alimentarse. “Pero demostramos que, en este caso, la base de la cadena alimentaria puede ser más sensible, y los cambios en ella pueden modificar a los niveles tróficos superiores”, explica Quevedo Romero.

El científico afirma que, pese a que existen variaciones locales de susceptibilidad de las especies a los cambios climáticos, llamó la atención de los investigadores el hecho de haber hallado un patrón único, consistente, en los siete sitios estudiados: los predadores son siempre beneficiados en los ambientes más secos, y los organismos pequeños se ven perjudicados en ambientes pequeños y más favorecidos en ambientes mayores, donde llueve más. “Realizamos experimentos en regiones más áridas, como la de Santa Fe, en Argentina, y en zonas donde difícilmente hay aridez, como Costa Rica y la Guayana Francesa. Y se mantuvo este patrón.”

Quevedo Romero remarca que el grupo encontró consistencia geográfica en los resultados del trabajo. “La razón de la biomasa de predadores con relación a la biomasa de presas, que constituye las pirámides ecológicas de biomasa, se repitió para todas las áreas en las plantas estudiadas, siendo consistente a lo largo del espacio geográfico, independientemente del pool de especies y del hecho de que los organismos se encuentren más o menos adaptados a la sequía.”

La inestabilidad

La investigación muestra que los cambios climáticos, fundamentalmente cuando aparecen asociados a la sequía, provocan inestabilidad en las redes alimentarias. “Cuando más predadores existen en una bromelia con menos volumen de agua, mayor es el efecto de depredación de arriba abajo en las comunidades de presas. De este modo, las redes alimentarias se desestabilizan, lo que puede generar extinciones locales de especies tanto de presas como de predadores”. En síntesis: pese a que los predadores se benefician en los ambientes pequeños causados por la sequía, estos ambientes son más inestables, más propensos al riesgo de extinción y a colapsos de las redes ecológicas.

El grupo trabajó con tres niveles tróficos: los predadores tope, los mesopredadores y los detritívoros. Estos últimos son muy pequeños y se alimentan de detritus. “No observamos ningún efecto de los cambios climáticos para los mesopredadores, que no fueron afectados por los tratamientos que realizamos”. En el microcosmos de las bromelias, estos están representados por larvas de insectos pequeños que se alimentan de otros pequeños organismos y, generalmente, se los considera como especies oportunistas.

En cuanto a los organismos menores, los detritívoros y filtradores, si bien se benefician con la lluvia, también se ven afectados negativamente cuando la inestabilidad climática es mayor y cuando la cantidad de lluvias es muy grande. “Como ejemplo, cuando llueve mucho, ya sea en una laguna, en un lago o dentro de una bromelia, el sistema se desborda y lixivia los nutrientes y a los microorganismos. Demostramos en otros estudios que bacterias, microinvertebrados y nutrientes tales como nitrato y fosfato son lixiviados sobremanera.”

El microcosmos

Quevedo Romero explica que las bromelias constituyen ambientes naturales donde los científicos logran explorar diversos aspectos de un ecosistema: son pequeñas, fáciles de manipular y a menudo es posible proyectar los resultados obtenidos en ellas hacia sistemas mayores tales como lagunas y lagos, pues los estudios realizados en esos ambientes mayores arrojan resultados análogos a los realizados en los microcosmos de las bromelias.

“Las bromelias tienen una distribución neotropical y, pese a constituir ambientes pequeños, pueden acumular hasta 50 mil litros de agua por hectárea en los bosques, sirviendo como fuente de agua para animales terrestres tales como aves y mamíferos, y como ecosistemas enteros para organismos que viven en ambientes acuáticos.”

Ese ambiente acuático de las bromelias fue el que el grupo de investigadores exploró. Quevedo Romero explica que esas plantas están habitadas básicamente por insectos y pequeños crustáceos. “Los predadores tope, fundamentalmente larvas de libélulas, son animales mayores. y los detritívoros son insectos muy pequeños, tales como mosquitos y grupos diversos de invertebrados como los quironómidos. Los predadores tope se alimentan de esos organismos menores que, a su vez, se alimentan de partículas en suspensión y detritus que caen de los árboles.”

Un protocolo común

El diseño del experimento se decidió en dos reuniones que el grupo realizó. El equipo compuesto por investigadores de Francia, Canadá, EE. UU, Puerto Rico, Colombia, Argentina y Brasil siguió el mismo protocolo en las siete áreas donde se realizaron los experimentos. Se seleccionaron en campo 30 bromelias en cada uno de los siete sitios, con un total de 210. Como cada región posee una flora distinta de bromelias, los científicos no lograron utilizar las mismas especies y se valieron de las más comunes de cada una de ellas.

Estas plantas se recolectaban, se lavaban y se desinfectaban para retirar todos los macro y microorganismos presentes, tales como bacterias, hongos y otros. “Lavamos y limpiamos bien las bromelias para que tuviesen su biota acuática ‘empezando desde cero’. Por eso, para reiniciar las colonias y las comunidades en los ecosistemas experimentales, dividimos igualmente los detritus gruesos y finos retirados previamente de las 30 bromelias y reubicamos en cada planta la misma comunidad de invertebrados y grupos funcionales que había sido retirada. Luego llevamos a las bromelias nuevamente al campo e instalamos sobre ellas coberturas plásticas individuales a modo de paraguas para que las lluvias no tuviesen impacto sobre los resultados.”

Los científicos simularon el régimen de lluvias de cada región de acuerdo con un promedio de pluviosidad de los últimos cinco años, estableciendo un promedio local con base en el volumen y en la frecuencia de las lluvias en cada sitio. “Manipulamos la cantidad de agua y la frecuencia de las lluvias en el transcurso de dos meses en cada lugar. Como teníamos un promedio para cada región geográfica, todo lo que varió a menos se consideró sequía, y lo que varió a más se consideró inundación. Manipulamos los extremos, sequía y anegamiento, y nadie había hecho eso antes”, detalla Quevedo Romero.

Al cabo de dos meses, se recolectaron las plantas y se las llevó al laboratorio. Para saber lo que había en el ecosistema, los investigadores removieron hoja por hoja de cada planta y para luego lavarlas nuevamente. 

La investigación también contó con apoyo en el marco del proyecto intitulado “Los cambios climáticos globales y el funcionamiento de ecosistemas en fitotelmatas”, y de becas de doctorado y de posdoctorado de la FAPESP, aparte de una beca de investigación en el exterior. 

Para el futuro, Quevedo Romero afirma que existe interés en trabajar en manipulación de estresores ambientales tales como los cambios en las precipitaciones y el calentamiento climático, y lo propio con la contaminación ambiental en diversos sistemas de agua dulce.

Puede leerse el artículo intitulado Extreme rainfall events alter the trophic structure in bromeliad tanks across the Neotropics en el siguiente enlace: www.nature.com/articles/s41467-020-17036-4.