lunes, 21 de septiembre de 2020

El fuego como 'herbívoro' global: la ecología

y evolución de ecosistemas inflamables

William J. Bond1 and Jon E. Keeley2,3

1Department of Botany, University of Cape Town, Rondebosch, South Africa

2U.S.GeologicalSurvey,Western Ecological ResearchCenter,Sequoia-Kings CanyonNational Parks,ThreeRivers,CA93271-9651,USA

3Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of California, Los Angeles, CA 90095, USA

 

Es difícil encontrar referencias al fuego en general, en libros de texto sobre ecología, biología de la conservación o biogeografía, a pesar del hecho de que gran parte del mundo se quema de forma regular, y que hay una considerable literatura sobre la ecología del fuego y su uso para el manejo de ecosistemas. El fuego ha estado quemando ecosistemas durante cientos de millones de años, ayudando a dar forma global a la distribución del bioma y para mantener la estructura y función de las comunidades propensas a incendios. El fuego también es un fuerza evolutiva significativa, y es uno de los primeras herramientas que los humanos usaron para remodelar su mundo. Aquí, revisamos la literatura reciente, trazando paralelismos entre el fuego y los herbívoros como consumidores alternativos de vegetación. Señalamos las preguntas comunes y algunas respuestas sorprendentemente diferentes, que surgen de considerar el fuego como un consumidor de importancia mundial análogo a la herbivoría.

Paralelos entre fuego y herbivoría

Los ecologistas y biogeógrafos asumen generalmente que distribución vegetal, abundancia y, por tanto, comunidad composición, estructura y biomasa, se determinan principalmente por el clima y los suelos. Esto está implícito en los intentos actuales de modelar los cambios de distribución de especies en respuesta al cambio climático. [1]. Sin embargo, hace casi 50 años, Hairston et al. [2] sugirió que las propiedades de los ecosistemas en cambio, están determinadas por la regulación de los herbívoros por depredadores. En ausencia de depredadores, las poblaciones de herbívoros proliferaría, consumiendo cantidades tan grandes de vegetación que las comunidades de plantas serían transformadas a las tolerantes a la herbivoría en lugar de a los más capaz de competir por los recursos. Los críticos afirmaron que las plantas terrestres son en gran parte incomestibles de modo que, incluso sin depredadores, los herbívoros rara vez podrían consumir suficiente para transformar ecosistemas [3]. Los efectos del fuego son, en muchos sentidos, análogos a los de la herbivoría, pero han faltado en la literatura sobre ecología trófica. Aunque generalmente se trata como una perturbación, el fuego difiere de otras perturbaciones, como ciclones o inundaciones, en que se alimenta de moléculas orgánicas complejas (al igual que los herbívoros) y los convierte en productos orgánicos y minerales.

El fuego difiere de la herbivoría en que regularmente consume materia viva y muerta y, sin proteínas necesarias para su crecimiento, tiene amplias preferencias dietéticas. Plantas que son no comestible para los herbívoros comúnmente alimenta los incendios. ¿Cómo encaja el fuego, sin las limitaciones de la baja calidad de los alimentos, predicciones de Hairston et al. [2] como consumidor del ecosistema que no está restringido por depredadores? Aquí, discutimos el ecología de ecosistemas inflamables, utilizando el término "Control del consumidor" para los ecosistemas en los que los incendios o herbívoros alterar significativamente la biomasa, la mezcla de formas de crecimiento de las plantas, y composición de especies en los ecosistemas. Sostenemos que el control del consumidor es importante desde el punto de vista ecológico y biogeográfico.

y evolutivamente cuando el consumidor es fuego.



 Control de incendios y consumidores de ecosistemas Polis [3], en una revisión de la hipótesis del "mundo verde", argumentó que la vegetación terrestre está determinada en gran medida por clima, modificado localmente por suelos bajos en nutrientes, con control del consumidor por herbívoros a veces ocurre pero estar localizado en el espacio y el tiempo. ¿Cómo puede el global importancia de los consumidores (herbívoros e incendios) versus recursos (clima y suelos) en la configuración de la vegetación evaluado? Una alternativa útil a los metanálisis de estudios experimentales (a menudo limitados en espacio, tiempo, sesgo taxonómico y recuentos de reportajes) es comparar propiedades del ecosistema potenciales versus reales para un determinado localidad. Si un ecosistema difiere mucho de sus recursos limitados propiedades potenciales, entonces es un candidato para "Control del consumidor", ya sea por herbivoría o por fuego (Figura 1). Los incendios frecuentes reducen la altura del plantas dominantes (Figura 2) y, por tanto, la posición, pero no necesariamente la cantidad, de hojas y dosel fotosíntesis Biomasa vegetal leñosa, en lugar de primaria productividad, es por tanto la medida más reveladora de control del consumidor por fuego. El problema es cómo medir biomasa potencial, la "capacidad de carga" de los árboles en un sitio, contra los cuales se pueden medir los ecosistemas reales.


 Los modelos dinámicos de vegetación global (DGVM) se pueden utilizar para proporcionar una aproximación de la biomasa potencial limitada por el clima [4]. Los DGVM son modelos complejos, análogos a los modelos climáticos globales, que "hacen crecer" las plantas de acuerdo con principios fisiológicos utilizando el clima y las propiedades físicas del suelo como entrada [5, 6]. Los modelos predicen las respuestas de la vegetación al cambio global y pueden simular la vegetación potencial para cualquier ubicación dada (Figura 2). De acuerdo con estas simulaciones (por ejemplo, Figura 3), vastas áreas de pastizales boscosos en África y América del Sur, y áreas más pequeñas de ecosistemas herbáceos y matorrales en todos los continentes con vegetación, tienen el potencial climático para formar bosques. Los bosques cerrados, que actualmente cubren una cuarta parte de la superficie terrestre de la Tierra, aumentarían más del doble si la vegetación del mundo fuera tan "verde" como podría ser [4]. Estas simulaciones contradicen las percepciones actuales de que el control del consumidor tiene una importancia insignificante en los ecosistemas terrestres [3,7]. Los biomas que más discrepan con el potencial climático son los pastizales y sabanas C4, especialmente en las regiones más húmedas, como los cerrados brasileños y las regiones más húmedas de África. Estos son los ecosistemas quemados con mayor frecuencia en el mundo, que se queman varias veces en una década y algunos se queman dos veces al año [8,9]. Por lo tanto, el fuego es el principal candidato para el control de los consumidores en gran parte del mundo. Cambios pasados ​​o futuros en el extensión de estos ecosistemas, o especies dentro de ellos, no puede ser entendido sin entender la ecología del fuego. Las implicaciones de la Figura 3 son aún más significativas cuando se reconoce que el desajuste con el potencial climático se basa únicamente en la biomasa y no en los cambios en la composición de las especies. Las simulaciones no pueden identificar aquellos ecosistemas en los que los incendios cambian la composición de especies sin alterar significativamente la biomasa de los árboles, como los bosques de coníferas [10] o las comunidades de eucaliptos australianos [11]. Toda la extensión de control de fuego La vegetación, definida como ecosistemas que se alteran en estructura, composición y funcionamiento cuando se libera o suprime el fuego, es mucho mayor.

 


Control de incendios y consumidores de la composición de especies Las cascadas tróficas, medidas como grandes cambios en la composición de especies, son una consecuencia esperada de la eliminación de depredadores en ecosistemas donde los consumidores tienen el potencial de proliferar en su ausencia. Aunque la evidencia de cascadas tróficas en ecosistemas terrestres es discutida [7], los cambios en cascada en la composición de especies son comunes donde el fuego es el consumidor. Por ejemplo, en los bosques tropicales, un solo incendio puede reducir la riqueza de las plantas leñosas de un tercio a dos tercios, dependiendo de la severidad del fuego y puede tener impactos negativos en una diversa gama de componentes de la fauna [12-15]. Cambios en la distribución de combustible y El microclima después de un incendio forestal tropical aumenta la probabilidad de más incendios y la conversión de bosques en matorrales y pastizales [12,15]. Por el contrario, para los ecosistemas con una larga historia de incendios, existe preocupación por las consecuencias en cascada de la extinción antropogénica de incendios. En praderas de pastos altos y pastizales comparables en otros lugares, la extinción de incendios ha provocado la pérdida de hasta el 50% de las especies de plantas [16,17]. Las plantas herbáceas pequeñas con altos requisitos de luz para el crecimiento y el establecimiento de las plántulas son las más afectadas. También se han informado cambios en la composición de la fauna, por ejemplo, en bosques secos de dipterocarpos, donde la extinción de incendios ha provocado una pérdida marcada de especies de termitas [18]. Se producen pérdidas de especies aún mayores cuando la extinción de incendios conduce a cambios completos de bioma, como de sabanas a bosques [19,20]. Hay, hasta ahora, no existe una síntesis global de la rotación de especies en diferentes ecosistemas y bajo diferentes regímenes de incendios después de la liberación o extinción de incendios. Esperaríamos un continuo de respuestas del reemplazo casi completo de especies después de cambios de bioma a cambios insignificantes en ecosistemas donde los incendios, aunque predecibles, son poco frecuentes. Los incendios de Yellowstone de 1988, por ejemplo, no causaron pérdida o ganancia de especies en este paisaje [21]. Por lo tanto, todavía no es posible trazar un mapa global para mostrar la extensión de los ecosistemas cuya composición de especies cambiaría significativamente si se suprimieran los incendios.

 La naturaleza variable del fuego como control del consumidor

Los ecosistemas inflamables incluyen bosques boreales, bosques de eucaliptos, matorrales, pastizales y sabanas. ¿Por qué, si el fuego es un consumidor tan influyente, existe tal diversidad de formas de crecimiento en los ecosistemas inflamables? Los ecologistas de incendios han buscado primero respuestas en la diversidad de regímenes de incendios. Un régimen de incendios incluye los patrones de frecuencia, estación, tipo, gravedad y extensión de los incendios en un paisaje (Cuadro 1).

 


La vegetación consumida y los patrones de propagación del fuego varían según el paisaje, y los diferentes regímenes de fuego producen diferentes patrones de paisaje y seleccionan diferentes atributos de las plantas. De ello se desprende que los cambios en los regímenes de incendios, dentro de un paisaje determinado, deberían tener importantes consecuencias para el ecosistema. Considere los bosques de coníferas del suroeste de América del Norte. En estos paisajes semiáridos, los bosques han sido moldeados durante mucho tiempo por un régimen de incendios de frecuentes incendios superficiales de intensidad relativamente baja (baja altura y temperatura de la llama). Estos bosques comparten atributos con los pastizales subtropicales en el sentido de que los incendios son provocados por frecuentes rayos al comienzo de la temporada de monzones, cuando los combustibles están más secos. Sin embargo, la productividad primaria en los bosques de coníferas es menor que en las sabanas mésicas debido a su mayor aridez y esto se traduce en menor frecuencia de incendios, menor intensidad de incendios y mayor heterogeneidad en los "patrones de alimentación" del fuego [22]. Como consecuencia, existen oportunidades para el establecimiento ocasional de árboles que persisten para formar bosques de baja densidad. Los incendios exhiben una especie de "herbivoría selectiva", que consume biomasa herbácea de la superficie, pero deja intactos los árboles dominantes de los pisos superiores. Tras el asentamiento humano a principios del siglo XX, estos paisajes de coníferas se han gestionado con una política de extinción total de incendios, que es un experimento fortuito sobre cómo el fuego controla la estructura de la vegetación y ha resultado en una exclusión casi total del fuego. Los bosques que se queman naturalmente a un ritmo de una o dos veces por década llevan más de un siglo sin quemar [23], lo que ha provocado cambios importantes en la estructura y función de los ecosistemas. La densidad de árboles ha aumentado en un orden de magnitud o más, con pérdidas importantes en el sotobosque herbáceo y la diversidad de especies. Además, la ausencia de fuego ha provocado cambios en muchos componentes del ecosistema. De profunda importancia para el manejo es el hecho de que la extinción de incendios ha conducido a la acumulación de combustible y esto ha puesto al bosque en una trayectoria diferente de tal manera que, cuando los incendios ocurren, ahora se alimentan como 'monstruos' que consumen bosques masivos, en lugar de como herbívoros terrestres. La mayor parte del trabajo sobre regímenes de incendios se limita a paisajes y ecosistemas particulares. No existe una síntesis global sobre lo que determina los regímenes de incendios en los ecosistemas mundiales. Todavía no entendemos las sinergias y la importancia relativa de la ignición, los períodos secos, las propiedades de la vegetación como combustible o las barreras topográficas a la propagación del fuego para determinar qué regímenes de incendios ocurren y dónde. Esto socava seriamente nuestra capacidad para predecir las consecuencias del cambio global para los ecosistemas afectados por el fuego o para interpretar cambios pasados ​​en la distribución de ecosistemas inflamables. Lo que está claro es que diferentes regímenes de fuego seleccionan para diferentes atributos de la planta y regímenes de fuego similares seleccionan para atributos similares. Los ecologistas de la sabana en todo el mundo encuentran rasgos vegetales similares con respuestas similares al fuego [24]. Los ecologistas que trabajan en matorrales de tipo mediterráneo encuentran rasgos vegetales convergentes relacionados con el fuego en diferentes continentes [25, 26], pero estos son diferentes de los de las sabanas. Pasar de un régimen de incendios a otro parece ser tan difícil como encontrar puntos en común entre la herbivoría de insectos y mamíferos, porque la biología de los "organismos" es muy diferente.

 Fuego y la formación de comunidades

Hairston y col. [2] predijo relativamente poca competencia entre plantas donde los herbívoros proliferan en ausencia de depredadores, porque el crecimiento de las plantas estaría más limitado por el consumo que por los recursos. En cambio, los conjuntos comunitarios comprenderían especies que son más capaces de persistir y prosperar frente a la defoliación repetida. Una de las características sorprendentes de la literatura sobre ecología del fuego es que hay muchos estudios sobre los rasgos de la historia de vida que permiten la persistencia de especies en un régimen de incendios dado (Cuadro 2), pero pocos sobre la adquisición de recursos y la competencia. La coherencia con las predicciones de Hairston et al. [2], esa competencia será de menor importancia en los ecosistemas controlados por el consumidor, parece haber pasado desapercibida. Los rasgos de la planta que son importantes para la persistencia del fuego. son diferentes en comunidades que experimentan diferentes regímenes de fuego. En regímenes de fuego de copa, donde se consume toda la biomasa leñosa, existen numerosos estudios sobre el modo de recuperación de la quema (brote vegetativo o no brote), el reclutamiento estimulado por el fuego, el tiempo hasta la primera reproducción y la persistencia de los bancos de semillas hasta el próximo incendio [20,26,27]. Estos rasgos de las plantas, junto con los patrones de consumo de fuego, especialmente su frecuencia, se utilizan ampliamente para predecir conjuntos de especies compatibles [26, 28]. Sin embargo, la pertenencia a la comunidad rara vez se atribuye a interacciones competitivas con otras especies de plantas, excepto cuando esas especies cambian el régimen de perturbación [29]. En regímenes de fuego de superficie, como las sabanas, los incendios se alimentan selectivamente, consumiendo plantas en la capa de hierba pero no árboles de más de 2–4 m. La coexistencia de árboles y pastos se ha atribuido a la diferenciación de nichos, siendo los pastos los competidores más exitosos por los recursos en la superficie del suelo y los árboles que acceden a los recursos en capas más profundas del suelo [30]. Una idea alternativa, consistente con los ecosistemas controlados por el consumidor, es que la cubierta arbórea es limitado por cuellos de botella demográficos en diferentes etapas de la historia de vida en el crecimiento de los árboles [30, 31]. El fuego sería una de las causas principales de estos cuellos de botella en las sabanas quemadas con frecuencia, lo que reduciría el establecimiento de plántulas y evitaría que las plántulas emerjan de la "trampa de fuego", la llama. zona producida por incendios de pastos. Los herbívoros vertebrados tienen efectos análogos, suprimiendo las plántulas por ramoneo intenso con raras explosiones de reclutamiento cuando las plantas se liberan de la herbivoría [32]. La hipótesis de la diferenciación de nicho no predice cambios en la cobertura arbórea debido al fuego supresión (o exclusión de herbívoros) porque la cubierta arbórea está limitada por la competencia de recursos. Pero muchos experimentos de exclusión de incendios a largo plazo (Figura 2) muestran que la cubierta de árboles está limitada por el fuego. En estos casos, el control del consumidor, más que la competencia por los recursos, determina la cobertura arbórea [33].

 Recuadro 1. Regímenes de incendios

Gill [61] introdujo el concepto de régimen de incendios, que hemos modificado para incluir: (i) el consumo de combustible y los patrones de propagación del fuego; (ii) intensidad; (iii) severidad; (iv) frecuencia; y (v) estacionalidad. Consumo de combustible y propagación del fuego Los incendios consumen una variedad de tipos de combustible, lo que tiene un impacto profundo en los ecosistemas. Los incendios superficiales se propagan por combustibles que están cerca del suelo, como la hierba o el material de hojas y tallos muertos, mientras que los incendios de copas arden en las copas de los arbustos y asociaciones dominadas por árboles. Los incendios de tierra queman suelos ricos en materia orgánica. Pueden encenderse con los rayos y arder sin llama durante largos períodos hasta que los cambios en el clima favorezcan los incendios de superficie o de corona. Algunos bosques tienen una mezcla heterogénea de incendios superficiales, incendios de copas y parches no quemados, lo cual es importante para los procesos del ecosistema, como el reclutamiento de árboles. Por ejemplo, en los bosques mixtos de coníferas de Sierra Nevada en California, las zonas de incendios de alta intensidad producen huecos de luz que son importantes para la regeneración de los árboles [62]. Estos huecos también acumulan combustibles a un ritmo más lento y, por lo tanto, tienen una mayor probabilidad de ser pasados ​​por alto por los incendios hasta que los árboles jóvenes alcancen un tamaño suficiente para resistirlos [63]. La importancia ecológica del tamaño del fuego varía con el ecosistema y también con las diferentes especies del sistema. Por ejemplo, los matorrales de chaparral comúnmente experimentan grandes incendios de copas que pueden desnudar completamente decenas de miles de hectáreas. Esto no representa una amenaza para las especies de plantas en estos ecosistemas porque la regeneración depende por completo de procesos endógenos (Recuadro 2). Sin embargo, los bosques mixtos de coníferas del oeste de Estados Unidos son potencialmente más sensibles al tamaño del fuego. Históricamente, estos bosques se han quemado con una mezcla de incendios superficiales, que dejaron vivos a los árboles dominantes, e incendios de copas, que mató a todos los árboles dentro de pequeños parches desde unos pocos cientos de metros cuadrados hasta unos pocos cientos de hectáreas. La reproducción de los árboles dominantes requiere huecos generados por los incendios de copas, pero deben estar a una distancia de dispersión de los árboles padres. Cuando los fuegos de copa son muy grandes, la regeneración se ve afectada negativamente. Intensidad La intensidad del fuego se refiere a la liberación de energía o, más libremente, a otras medidas directas de calentamiento o comportamiento del fuego, como la longitud de la llama y la velocidad de propagación. La intensidad de la línea de fuego, que es la energía por longitud de frente de fuego, se utiliza cada vez más como estándar para la intensidad del fuego.

Gravedad

Aunque la intensidad del fuego es una medida de inmensa importancia para el fuego combatientes, los ecologistas suelen estar más interesados ​​en la gravedad del fuego, en general definido como una medida del impacto del ecosistema. En ecosistemas boscosos, la mortalidad de los árboles se utiliza comúnmente como medida de la gravedad del fuego; sin embargo, se utilizan otras métricas en los matorrales donde se consumen todas las plantas aéreas.

Frecuencia

La frecuencia de incendios es la ocurrencia de incendios para un área y período de tiempo de interesar. Hay complicaciones al evaluar la frecuencia de incendios que implican un comportamiento complejo del fuego a diferentes escalas espaciales con diferentes limitaciones. El intervalo de rotación del fuego es el tiempo necesario para quemar el equivalente de un área específica, mientras que el intervalo de retorno del fuego es el tiempo intervalo entre incendios en cualquier sitio [10].

Temporada

La temporada de incendios está dictada por la coincidencia de encendidos y bajo nivel de humedad de combustible. Esta suele ser la época más seca del año, que varía con clima regional. En muchos ecosistemas, los seres humanos han alterado enormemente temporada de incendios al proporcionar igniciones fuera de la tormenta eléctrica natural período.

 El fuego como agente evolutivo Hay pocos estudios sobre la evolución de los rasgos adaptativos al fuego, y muchos rasgos de las plantas han sido etiquetados acríticamente como 'adaptaciones al fuego' sin ningún análisis riguroso en cuanto a la importancia funcional del rasgo o su origen filogenético. Por ejemplo, el brote posterior a la quemadura a menudo se considera una "adaptación al fuego", pero el brote per se es un rasgo generalizado en las angiospermas. Interpretaciones evolutivas de la pérdida o ganancia de brotes en diferentes regímenes de fuego no tiene sentido sin un análisis filogenético [34,35]. Entre los nuevos estudios más convincentes se encuentran los que exploran la evolución de la inflamabilidad. En un debate en el que se hizo eco de si las plantas han evolucionado para promover la herbivoría (y es igualmente controvertido), los ecologistas han preguntado si las plantas en ecosistemas mantenidos por el fuego han evolucionado en la inflamabilidad. ¿Existen beneficios para las plantas inflamables que superen los costos de supervivencia de una quema más feroz? La teoría predice que la inflamabilidad podría, de hecho, evolucionar si el fuego se propagara desde una planta inflamable para matar a sus vecinas, y si la progenie de mutantes más inflamables tuviera más probabilidades de reclutarse en los huecos creados. [36,37]. En estos modelos, la inflamabilidad actúa como un rasgo de "construcción de nicho" [38,39], modificando el entorno local en beneficio del genotipo inflamable. Esta hipótesis hace la predicción comprobable de que la morfología inflamable y el reclutamiento estimulado por fuego deben ser rasgos correlacionados, y hay cierto apoyo para esta predicción en pinos [40]. En Pinus, la serotina (la retención de semillas en conos que se abren después de un incendio), un rasgo de reclutamiento del fuego, se correlaciona con la retención de ramas muertas, un rasgo de inflamabilidad. Las plantas que retienen ramas muertas tienen más probabilidades de llevar un fuego al dosel que las plantas que se podan por sí solas. Schwilk y Ackerly [41] probaron si estos rasgos mostraban una evolución correlacionada en la filogenia del pino. Utilizando un conjunto de filogenias de 'superárboles', los autores encontraron un fuerte apoyo para la asociación predicha entre la serotina y la retención de ramas muertas, y también entre estos y otros rasgos morfológicos 'que abarcan el fuego', como corteza delgada, edad de maduración temprana y más inflamables follaje, que se esperaría en estos regímenes de fuego que reemplazaran [40]. Sería interesante explorar la evolución de la inflamabilidad en otros taxones y otros ecosistemas. ¿La "construcción de nichos", a través de la evolución de la inflamabilidad de las especies comunes, ha jugado un papel en la propagación de las formaciones inflamables en las que están contenidas? Los estudios de la evolución de los rasgos y los orígenes de la flora leñosa de las sabanas se ven obstaculizados por nuestra falta de comprensión de los rasgos clave necesarios para sobrevivir en regímenes de incendios alimentados con pasto. Los rasgos que son comunes en los regímenes de fuego de copa son raros o están ausentes en las sabanas [40]. En ecosistemas herbáceos productivos, los incendios son demasiado frecuentes para proporcionar los sitios para las plántulas y el reclutamiento de plántulas estimulado por el fuego, incluida la serotinia, parecen ser una excepción. Los incendios son demasiado frecuentes para la evolución de leñosos que no brotan y la brotación es la norma [31,42,43]. Los árboles que sobreviven a los incendios antropogénicos en los bosques tropicales tienden a ser los que tienen una corteza aislante más gruesa [12]. Aunque los árboles de las sabanas suelen tener una corteza gruesa, la regeneración de nuevas plantas es quizás el principal obstáculo para el mantenimiento de las poblaciones. Las plántulas y los árboles jóvenes enfrentan frecuentes y severos daños por incendios en las sabanas mésicas. Entre incendios, las semillas tienen que germinar y las plántulas deben adquirir reservas de yemas y raíces para rebrotar y sobrevivir al próximo incendio. Dado que los incendios ocurren varias veces en una década, las plántulas deberían adquirir la capacidad de rebrotar rápidamente. Un estudio reciente en Brasil confirma esta conjetura [44]. Las únicas diferencias consistentes entre las plántulas de especies hermanas de los hábitats de bosques y sabanas fue la mayor asignación a raíces gruesas, asociada con la brotación, en las especies de sabana y más respuestas plásticas a la luz [44].

Los incendios frecuentes también seleccionan una forma peculiar de crecimiento de los retoños, con tallos en forma de postes y raíces subterráneas hinchadas (Figura 4, [45, 46]). El vástago en forma de poste facilita el atornillado rápido hacia una altura que está fuera del alcance de los incendios superficiales y las raíces proporcionan los recursos para rebrotar si el tallo no alcanza un tamaño a prueba de fuego antes de la siguiente quema. Los árboles jóvenes pueden quedar atrapados en la zona de llamas durante décadas. En el pino de hoja larga, Pinus palustris, del sureste de los Estados Unidos, los árboles jóvenes se disparan solo una vez y la mortalidad de los árboles jóvenes inducida por el fuego es alta [47] presumiblemente porque carecen de reservas de raíces comparativamente grandes. En el polimórfico. Los árboles jóvenes africanos, Acacia karroo, formadores de postes se encuentran en sabanas frecuentemente quemadas, mientras que las plantas forman arquitecturas en forma de jaula donde no se producen incendios [46] (Figura 4). Las arquitecturas de árboles jóvenes contrastantes sugieren trayectorias evolutivas alternativas cuando las plantas están expuestas a la selección por diferentes tipos de consumidores (es decir, fuego versus navegadores).

 El fuego y el origen de los biomas

La gran superficie ocupada por biomas inflamables, especialmente en los trópicos y subtrópicos, a menudo se ha atribuido a la quema antropogénica. Aunque los incendios antropogénicos han extendido áreas de vegetación inflamable [48,49], ahora hay evidencia de que los incendios naturales ocurrieron mucho antes que los humanos y que los ecosistemas inflamables son anteriores a la quema antropogénica en millones de años [4,50]. Estable La evidencia isotópica muestra que los ecosistemas herbáceos C4, la formación inflamable más extensa del mundo, aparecieron por primera vez entre hace 6 millones de años (Ma) y 8 Ma [51]. Cerling y col. [51] planteó la hipótesis de que esto se debía a la disminución del CO2 atmosférico, pero estudios recientes de paleoatmósferas no apoyan su suposición de bajas concentraciones de CO2 durante el Mioceno tardío [52,53]. La propagación de pastos a menudo se ha atribuido a la coevolución con los mamíferos que pastan. Sin embargo, es difícil ver cómo, al consumir pasto, los pastores promoverían la expansión de los pastizales a expensas de los bosques. Por el contrario, se sabe que los incendios alimentados con pastos promueven la propagación de ecosistemas herbáceos al excavar agujeros en los bosques [29]. Los fuertes candidatos para alimentar los incendios son los pastos C4 altamente inflamables y productivos de los trópicos húmedos, que comenzaron a reemplazar los bosques desde finales del Terciario en adelante [54-56].

 Recuadro 2. Historias de vida moldeadas por el fuego

De los muchos rasgos que pueden interpretarse como de importancia funcional en entornos controlados por incendios, dos han captado la mayor atención: la brotación y el reclutamiento de plántulas provocado por el fuego. Brotante es la regeneración vegetativa que se produce tras la destrucción de tejidos vivos. Esto puede ser de raíces o tallos después de la muerte de todos los tejidos de la superficie, o a lo largo de los tallos donde las ramas han muerto. La germinación es un rasgo generalizado en las especies leñosas y no está estrechamente relacionado con los ambientes propensos al fuego [35]. Una excepción es Pinus, un género en el que la brotación es rara y aparentemente deriva de los ecosistemas de fuego de copa [40]. Sin embargo, brotar de lignotubérculos basales que se producen como una etapa de desarrollo normal es una combinación que se encuentra mucho más comúnmente en ecosistemas de clima mediterráneo propensos a incendios [25]. El brote en el contexto de otras características de la historia de vida representa patrones complejos que se han revisado recientemente en otro lugar [35]. Muchas especies en ambientes propensos a incendios con incendios que reemplazan a los rodales tienen el reclutamiento de plántulas restringido al primer año posterior al incendio [20, 27]. En los matorrales inflamables del hemisferio sur, muchas especies producen frutos serotinosos que se abren después del fuego y dispersan semillas que germinan fácilmente después de las lluvias de la estación húmeda [64]. En matorrales comparables del hemisferio norte, la serotina es relativamente rara. En ambos hemisferios, muchas especies producen semillas que están inactivas y se acumulan en el suelo. La germinación es provocada por el calor o el humo (o la madera quemada) [65]. La germinación estimulada por calor ocurre típicamente en especies de semillas duras que tienen una barrera física en la cubierta de la semilla para la absorción de agua. La germinación se desencadena por el choque térmico del fuego o por las altas temperaturas del suelo en sitios abiertos. Existe un patrón filogenético marcado en el que ciertas familias de plantas están asociadas con un modo u otro; por ejemplo, la germinación estimulada por calor está muy extendida en Fabaceae, Cistaceae, Convolvulaceae y Sterculiaceae, y falta la germinación estimulada por humo [65]. La germinación estimulada por calor está generalizada en numerosos ecosistemas propensos a incendios. La germinación estimulada químicamente es provocada por el humo y / o la madera carbonizada. Hasta ahora, se ha encontrado que es importante sólo en tres matorrales de clima mediterráneo, el chaparral de California [65], fynbos sudafricanos [66] y brezales australianos [67]. En California, las familias de plantas en las que se encuentra este modo de germinación generalmente no son las mismas que en los matorrales del hemisferio sur, lo que indica que este rasgo podría haber evolucionado de manera convergente. La floración estimulada por el fuego es otro mecanismo para el reclutamiento de plántulas después de la quema [20]. La floración ocurre en el primer año posterior al incendio en los rebrotes de bulbos o rizomas, seguida de un abundante reclutamiento de plántulas en el segundo año posterior al incendio. La mayoría de las especies continúan floreciendo esporádicamente en años posteriores, por lo que no hay una dependencia obligada del fuego para florecer. Una excepción es el geófito fynbos sudafricano Cyrtanthus ventricosus, que germina a los pocos días de un incendio, independientemente de la estación, y permanece inactivo hasta que la floración es estimulada nuevamente por el humo de otro incendio [68]. No todas las especies en ambientes propensos al fuego tienen historias de vida que hayan sido moldeadas por el fuego. En los matorrales de las cuencas californianas y mediterráneas, muchas especies tienen un reclutamiento de plántulas que está restringido a condiciones libres de fuego [69]. Tienen un conjunto de características reproductivas, que incluyen el comportamiento de la dispersión y la germinación de semillas, que son bastante distinta de las especies con reclutamiento de plántulas estimulado por el fuego. En ambos ecosistemas [69,70], estos tipos que no son de fuego son de linajes más antiguos y se derivan de taxones que se originaron en un clima diferente. Eso Se ha sugerido que estos rasgos ya no son adaptativos y representan efectos históricos y procesos de clasificación de especies [70]. Una visión alternativa es que estos síndromes de historia de vida están adaptados a hábitats que todavía existen en paisajes propensos a incendios, y la coexistencia de La variabilidad natural en la frecuencia de los incendios promueve la variabilidad natural en la frecuencia de los incendios [69].

 Estudios recientes en Australia relacionan el fuego con el origen y la propagación de los biomas de ese continente. Bowman [11] se propuso explicar la distribución de los pequeños fragmentos de "selva tropical" distribuidos como un archipiélago en los vastos mares de formaciones de eucaliptos. Las selvas tropicales son formaciones cerradas de árboles intolerantes al fuego con especies de sotobosque tolerantes a la sombra. Por el contrario, las formaciones de eucalipto soportan suelos de hierba o arbustos inflamables que no toleran la sombra. Parches de bosque anómalos similares en una matriz de pastizales inflamables están muy extendidos en África y América del Sur [4,57]. Generaciones de ecologistas han debatido los determinantes de estos tipos de biomas alternativos, citando la aridez, el fuego, los suelos pobres en nutrientes y la quema antropogénica. Bowman evaluó críticamente la evidencia para todos estos para Australia. Ambos biomas se encuentran a través de un amplio gradiente de lluvia y la "selva tropical" (un nombre inapropiado) se agota donde la lluvia cae por debajo de 600 mm yK1. Contrariamente a la percepción popular, las formaciones inflamables no son "áridas". De hecho, los eucaliptos son menos tolerantes a la sequía que muchos árboles de la selva tropical que comparten el mismo clima [11]. Bowman concluyó que la única diferencia consistente entre los árboles de las dos formaciones estaba en su respuesta al fuego: los eucaliptos tienen una capacidad notable para sobrevivir y prosperar bajo incendios frecuentes, mientras que los árboles de la selva tropical mueren por quema repetida [11,58]. La implicación es que si pudiera "apagar" los incendios durante un largo suficiente tiempo, grandes áreas de Australia soportarían una flora de "selva tropical" completamente diferente. Este proceso está en marcha en formaciones húmedas de eucaliptos, donde los incendios se han reducido y las selvas están invadiendo [59]. Sin embargo, el reemplazo en todo el continente es poco probable porque la tasa de colonización de la selva tropical es lenta en climas más secos y en suelos pobres en nutrientes en comparación con la frecuencia de los incendios [59]. Estudios moleculares sistemáticos recientes han descubierto que la estructura filogenética de las leguminosas se debe tanto al entorno ecológico como a la historia tectónica y la ubicación de las masas de tierra [60]. La implicación es que la especiación y la posterior dispersión de algunos taxones están confinadas ecológicamente, dentro de los biomas, tanto como por problemas de dispersión a través de los océanos. La aparición de incendios alimentados con pasto podría ser un ejemplo de un evento de "vicarianza" intracontinental, segregando taxones en aquellos que podrían tolerar incendios y aquellos que no. Las nuevas herramientas moleculares, junto con los estudios ecológicos enfocados, prometen nuevos conocimientos sobre la historia evolutiva de esas partes del mundo donde el fuego desacopla los biomas de su potencial limitado por el clima.

 Conclusiones

Hemos mostrado grandes similitudes entre el fuego y la herbivoría y hemos abogado por una visión más inclusiva de la vista descendente o, en este caso, el control de biomas por parte del consumidor. Creemos que la extensión global del fuego como consumidor, sus muchos paralelismos con la herbivoría, su papel en la selección de rasgos particulares de las plantas y en la evolución de biomas, merece una atención mucho más amplia por parte de los ecologistas. Existe un incentivo adicional para una mayor comprensión del fuego como un consumidor de importancia mundial. El cambio climático, la fragmentación del hábitat, el transporte sin precedentes de plantas altamente inflamables a entornos novedosos y la superposición ubicua de los impactos humanos sobre los regímenes de fuego exigen un nuevo nivel de comprensión sintética para nuestra coexistencia pacífica con esta bestia carismática.

 Agradecimientos

Agradecemos a Jeremy Midgley, C.J. Fotheringham, Ian Woodward, Guy Midgley, Ross Bradstock, David Keith, Dave Bowman, Malcolm Gill, Alan Andersen y Herve Fritz para discusiones útiles. Jeremy Midgley y revisores anónimos proporcionaron comentarios útiles sobre el artículo.

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NATURALEZA | 07-09-2020 15:11 Preocupante: la Argentina es el segundo país con mayor número de incendios forestales Así lo deteminó el Monitoreo Global de Bosques que usa un sensor de un satélite de la NASA con base en los datos de las últimas cuatro semanas. ¿Cuáles son las zonas más afectadas y qué países completan el podio?
Triste y preocupantemente, la República Argentina ocupa el segundo lugar en el podio entre los países con mayor número de focos de incendios forestales. Así lo establece el Monitoreo Global de Bosques que usa un sensor de un satélite de la NASA en base a los datos de las últimas cuatro semanas. Mientras el podio lo encabeza Israel, el tercer país del mundo que está siendo más perjudicado por los incendios forestales es Estados Unidos. Según el informe, en cuanto a la Argentina, “la mayoría de los incendios forestales y de pastizales se han registrado en el Delta del Paraná y en la provincia de Córdoba. Aunque, también se han desarrollado más hacia el Norte y el Centro del país, afectando a 11 provincias de ese país sudamericano”.
Por su parte, los expertos locales sostienen que los incendios forestales que se están produciendo este año en la Argentina, se deben a varias causas. “El año anterior fue muy seco y esto posibilitó una mayor cantidad de vegetación en los suelos, como ocurre en el Delta donde, lamentablemente, los incendios forestales ya han afectado más de 90.000 hectáreas. Pero también están los intereses de un puñado de inescrupulosos que estuvieron detrás, buscando obtener ganancias para liquidar a los humedales”, dijo Sergio Federovksy, viceministro de Ambiente de la Nación, cartera que se presentó como querellante en una denuncia penal contra quienes provocaron las quemas de manera intencional. Por su parte, Guillermo Defossé, doctor en Ciencias Forestales e investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet), afirmó que el 90% de los incendios forestales que se están registrando en el país están asociados a la actividad humana, ya sea de manera intencional o por dejar fuegos mal apagados. Además, remarcó que tanto el centro como en el norte del país, la época de incendios está en pleno desarrollo. “La temporada de incendios desde La Pampa y hacia la Patagonia se inicia a mediados de primavera y hasta inicios del otoño”, comentó el especialista en una entrevista al diario Río Negro.
“La ciencia puede aportar estudios, incluso socioculturales, que mejoren la determinación de las causas, pero lo principal gira siempre en torno a disminuir los incendios en las llamadas áreas de interfaz, donde convergen las urbanizaciones con áreas de vegetación natural ya que allí se producen la mayoría de estos incendios”, concluyó.
Una lección de 'resiliencia': realidades y conceptos erróneos 10 de julio de 2020 Después de tomar su experiencia en sistemas socioecológicos en todo el mundo, el autor Brian Walker escribió un análisis reflexivo de historias internacionales de resiliencia en su libro Finding Resilience . En la siguiente publicación del blog, explica qué es la resiliencia y cómo podemos aprender más sobre ella de la naturaleza. La resiliencia es tendencia. Considerado como la respuesta a prácticamente todos los problemas, se utiliza, y con demasiada frecuencia, se abusa de todo tipo de formas. "Recuperarse" de alguna perturbación es probablemente el más común. Y eso NO es resiliencia. Recuperar lo que era antes significa que no se aprendió nada. La resiliencia se trata de cambiar en respuesta a la perturbación; cambiar las formas en que se conectan varias partes del “sistema”, enfatizando algunas y restando importancia a otras. Es la capacidad de absorber perturbaciones y reorganizarse para seguir funcionando de la misma manera: tener la misma identidad. En términos de sistemas, esto significa mantenerse alejado de los niveles de umbral más allá de los cuales la dinámica interna del sistema hace que se aleje de lo que era antes, en lugar de volver a hacerlo. ¿Qué es la resiliencia? La resiliencia, entonces, se trata de aprender y cambiar para que el sistema, sea lo que sea (un ecosistema, una ciudad, un negocio, usted) pueda lidiar mejor con ese tipo de perturbación en el futuro. Proteger algo, mantenerlo a salvo, es otro concepto erróneo. Los niños a los que se les impide jugar en la tierra crecen con un sistema inmunológico comprometido y sufren alergias más adelante en la vida. Para ser resilientes en su entorno, los organismos deben estar expuestos a él, con todas sus variaciones. En áreas propensas a incendios, los ecosistemas protegidos del fuego pierden gradualmente las especies que son capaces de tolerarlo, y cuando ocurre uno inevitablemente, el efecto es devastador. Para ser resistente al fuego, el ecosistema debe quemarse de vez en cuando; pero no con demasiada frecuencia: explore los límites, pero no los cruce. A veces, no se trata de un concepto erróneo sobre la resiliencia, sino de la falta de conciencia, como el papel de las interacciones entre escalas. No puede comprender ni gestionar la capacidad de recuperación de un sistema complejo a una escala. Todos los sistemas complejos funcionan a múltiples escalas y las interacciones entre ellos son fundamentales para la resiliencia. Pero, como muchos lectores sabrán, es difícil lograr que las organizaciones definidas en una sola escala acepten esto, y mucho menos que consideren los programas multiescala. Existen otros conceptos erróneos, pero la investigación sobre la resiliencia está identificando una serie de atributos que la confieren. Uno importante que con frecuencia se subestima es tener una gran diversidad de respuestas; diferentes formas de hacer lo mismo pero con diferentes respuestas a diferentes perturbaciones. Debido a que hacen lo mismo, tener más de una vía a menudo se malinterpreta como redundancia, que debe eliminarse por motivos de ineficiencia. Otro atributo importante es poder responder rápidamente a las conmociones y cambios. Esto a menudo falta o incluso se suprime en los sistemas sociales, como tener demasiados pasos y procesos de aprobación que supuestamente promueven procedimientos operativos seguros: observe la correlación entre la velocidad de respuesta y la gravedad de las infecciones en la reciente pandemia de COVID-19. También es esencial tener reservas, de todo tipo, y ser modular, tener la cantidad adecuada de conectividad en el sistema. Este último es un problema de Ricitos de Oro: estar completamente conectado hace que el sistema sea vulnerable a la entrada de algo malo, una enfermedad, una mala idea, que luego se propaga rápidamente por todo el sistema. Muy poca conectividad ralentiza las respuestas, limita el intercambio de reservas, buenas ideas y novedades y la capacidad de autoorganizarse cuando es necesario. A veces, tratar de fomentar la resiliencia es algo incorrecto. Cuando se avecina un cambio catastrófico, tratar de adaptarse simplemente equivale a cavar un agujero más profundo. Entonces, la resiliencia en un sentido amplio implica transformarse deliberadamente en un tipo diferente de sistema, uno con una identidad diferente, en sintonía con el nuevo entorno y brindar los servicios que necesitan quienes lo utilizan. El ruido y la musica Entonces, ¿cuánta variabilidad debería haber en un sistema? La historia de la investigación ecológica refleja los esfuerzos por encontrar relaciones estrechas y predecibles con el supuesto de que esta es la forma en que evolucionaron los ecosistemas, haciéndolos eficientes y exitosos, y por lo tanto resilientes. Sin embargo, descubrir cómo se desarrolla realmente el proceso revela un resultado bastante diferente, como se describe en Encontrar la resiliencia . Un extracto de una de las historias del libro captura la esencia de cómo funciona la resiliencia: Así es como han evolucionado estos ecosistemas; así es como pueden persistir. Es la propia falta de relaciones claramente definidas de uno a uno, la confusión y la incertidumbre superpuestas en la forma en que están estructuradas y en cómo las diferentes plantas y animales se relacionan entre sí, lo que los hace a ellos y a las comunidades de plantas y animales: elástico. La famosa cita del físico Richard Feynman "¡Imagínense cuánto más difícil sería la física si los electrones tuvieran sentimientos!" captura maravillosamente el hecho de que los ecosistemas simplemente no se comportan como sistemas físicos. Los organismos de un ecosistema tienen respuestas de comportamiento complejas al medio ambiente y entre sí, por lo que siempre están cambiando, a menudo de forma impredecible. Y este cambio continuo no es solo característico de ellos: es fundamental para su bienestar continuo y para que los ecosistemas en los que viven funcionen del mismo modo. En los sistemas físicos, la varianza se considera un "ruido" de fondo, y la envidia de la física, la búsqueda de ecuaciones elegantes para describir la dinámica de los ecosistemas, puede obstaculizar la búsqueda de la comprensión ecológica. Lo que es ruido para el físico es música para el ecologista. - Encontrar la resiliencia , Brian Walker, 2019, CSIRO Publishing
Es apropiado terminar este blog con un comentario sobre las implicaciones de todo lo anterior para la política y la gestión. La dinámica de todos los sistemas adaptativos complejos es intrínsecamente incierta y tratar de diseñar y dirigir un sistema de este tipo hacia algún estado preferido está destinado a fallar. La resiliencia consiste en mantener abiertas las opciones, aprender a guiar un sistema a lo largo de una trayectoria de estados "buenos" y evitar cruzar a estados "malos". Tanto el aprendizaje como la acción deben formar parte tanto de la política como de la gestión.