Francisco Bozinovic - El cambio climático y la biología funcional de los organismos

Durante los últimos años diversos grupos de científicos chilenos han estudiado algunos mecanismos fisiológicos por los cuales los organismos hacen frente a los cambios ambientales, para así poder explicar y predecir el impacto del cambio climático y su variabilidad. Por ejemplo, algunos de los estudios que se muestran en este libro indican que las poblaciones que habitan sitios de mayor amplitud en temperatura ambiental, exhiben mayor resistencia a un régimen climático fluctuante. Sobre la base de esos resultados, se sugiere que la variabilidad térmica puede producir efectos ecológicos y económicos más importantes que los aumentos promedios en temperatura. Por lo tanto, con el fin de desarrollar escenarios más realistas de los efectos del cambio climático, se deben desarrollar estudios simultáneos tanto de los efectos biológicos de variables climáticas promedio, así como de su variabilidad sobre rasgos biológicos a diferentes escalas de organización, es decir, desde las moléculas a los ecosistemas. No obstante, es importante insistir en la necesidad de mirar y filtrar los cambios climáticos a través de la lente de las sensibilidades fisiológicas de los organismos. A modo de ejemplo, investigadores de Estados Unidos han demostrado que las especies que viven en los trópicos, y que actualmente enfrentan un aumento marcado en eventos cálidos extremos, probablemente encuentren regímenes térmicos completamente nuevos a finales de este siglo. Se predice que las especies tropicales muy especializadas pueden estar mal equipadas para hacer frente a nuevas condiciones climáticas. Otro ejemplo es el de investigadores mexicanos que analizaron cómo recientes anomalías de la temperatura de la superficie del mar en el océano Pacífico afectan la condición corporal, el estado nutricional y la competencia inmune de las crías de lobos marinos de California. Los investigadores observaron que la condición corporal y los niveles de glucosa en sangre de los cachorros eran más bajos durante eventos de alta temperatura. También las respuestas inmunes dependientes de la glucosa son afectadas por la anomalía en temperatura. Esto significa que los cachorros estaban limitados en su capacidad para responder rápidamente a desafíos inmunes no específicos, lo cual es evidencia de que las condiciones climáticas atípicas y los eventos climáticos extremos pueden limitar las reservas energéticas y comprometer las respuestas fisiológicas que son esenciales para la supervivencia de un depredador superior en ecosistemas marinos. En ecosistemas terrestres, por otra parte, un ejemplo de los impactos del cambio climático a nivel agrícola lo constituye el caso de la abeja melífera europea, Apis mellifera, el polinizador más importante de los cultivos agrícolas en todo el mundo. Las abejas también son cruciales para mantener la biodiversidad al polinizar numerosas especies de plantas cuya fertilización requiere un polinizador obligatorio. La abeja posee un gran potencial adaptativo, ya que se encuentra en casi todas partes del mundo y en climas muy diversos. En un contexto de cambio climático, la variabilidad de los rasgos biológicos de la abeja melífera, en cuanto a temperatura y ambiente, muestra que la especie posee tal plasticidad, que podría dar lugar a la selección de ciclos de desarrollo adecuados a nuevas condiciones ambientales. A pesar de que no conocemos el impacto preciso de los posibles cambios ambientales en las abejas debido al cambio climático, existen datos que indican que los cambios ambientales influyen directamente en su desarrollo. De hecho, la mortalidad generalizada de las abejas melíferas en el mundo demuestra la fragilidad de esta especie, cuya supervivencia depende de un entorno ambiental que es cada vez más estresante. Las razones actuales que explicarían este fenómeno incluyen el uso de pesticidas, los parásitos y el estrés térmico, entre otros factores. Como resultado, el cambio climático podría cambiar la delicada interacción entre la abeja, su ambiente vegetal y sus enfermedades. Independientemente que la abeja melífera ha demostrado una gran capacidad para colonizar ambientes muy diversos y su variabilidad genética debería permitirle, hipotéticamente, adaptarse al cambio climático, el temor es que el estrés inducido por el clima en el futuro sobrepase los diversos factores que ya ponen en peligro a la especie en algunas regiones del planeta.

En especies de plantas se ha visto que, en general, el aumento de la temperatura ha generado importantes cambios en la distribución de especies, especialmente en zonas de clima frío como el ártico y las zonas de alta-montaña. En particular, se ha observado que a estas zonas están llegando especies más termófilas, y que las especies propias de estos ambientes se están relegando a zonas cada vez más confinadas. ¿Podrán estas últimas especies hacer frente a estas nuevas condiciones térmicas de su entorno? Por ahora es una pregunta sin resolver, con muchos ejemplos a favor y otros en contra, pero donde sin duda el enfoque mecanicista es clave para su resolución.

Cambio climático y eventos extremos

Los seres humanos y sus recursos alimenticios se concentran principalmente fuera de los trópicos. Los cultivos principales, y la proporción de superficie dedicada a la agricultura se concentran en las zonas templadas del hemisferio norte. Así, para los seres humanos, los mayores impactos de los eventos extremos pueden situarse fuera de los trópicos. Cada vez es más frecuente observar veranos con temperaturas más cálidas y/o eventos de sequía más prolongados, o inviernos con heladas cada vez más duras y frecuentes, variaciones que afectan en forma negativa los cultivos. Casi todos los cultivos agrícolas y forestales son selecciones realizadas por el hombre en función de rendimientos bajo escenarios climáticos que ya no se dan. Por lo tanto, hay un gran desafío en cómo y con qué hacer agricultura en un mundo climáticamente tan cambiante. Interesantemente, esta industria ha comenzado a inspirarse en las respuestas y características fisiológicas que despliegan las especies nativas para hacer frente al cambio de sus condiciones climáticas.

La mayoría de las muertes de personas, sobre la norma estadística, durante épocas de extremos térmicos ocurren en personas con enfermedades preexistentes, especialmente enfermedades cardiovasculares y respiratorias. Los más viejos, los más jóvenes y los pacientes frágiles son los más susceptibles. El impacto de un evento climático agudo, tal como una ola de calor, es, no obstante, incierto porque una fracción de muertes ocurre en personas susceptibles que habrían muerto de todas formas en un futuro cercano. Sin embargo, los modelos matemáticos utilizados en escenarios climáticos, han estimado que el aumento anual de la mortalidad en el verano atribuible al cambio climático para 2050 en USA, aumentará entre 500-1000 muertes en la ciudad de Nueva York y 100-250 en Detroit. En los tiempos que corren, estos eventos extremos de corta duración ya han generado efectos importantes en diferentes partes del planeta. Por ejemplo, en el verano del año 2009, el sureste de Australia sufrió su peor época de calor en un siglo, con temperaturas cercanas a 45 °C. En julio de 2010, una ola de calor en Rusia rompió todos los registros para ese país, con temperaturas de más de 10 °C por sobre la media y más de 50.000 muertes de personas, mientras que en el verano de 2012 temperaturas récord fueron registradas en gran parte del Este de Estados Unidos. En síntesis, aunque en algunos casos las muertes de personas relacionadas con el calor pudiesen ser evitables, muchas perecen por calor extremo cada año.

A nivel de la salud de la vida silvestre, estos casos son también muy relevantes, no solo por su impacto sobre el valor de biodiversidad per se, sino por los servicios ecosistémicos que muchas especies proveen (e.g. servicios de polinización). Por ejemplo, en enero de 2009, una severa ola de calor causó la muerte de miles de aves en Australia. Más tarde, en enero de 2010, solo un día caluroso causó una mortalidad generalizada entre la avifauna silvestre. También en Australia se han registrado mortalidades de cientos de murciélagos como resultado de una ola de calor récord durante un fin de semana cuando las temperaturas alcanzaron más de 45 °C y cientos de zorros voladores deshidratados cayeron de sus árboles o murieron. Esto ocurrió cuando las temperaturas ambientales excedieron los límites fisiológicos de tolerancia máxima de estos animales. Las olas de calor han generado eventos masivos de cese de crecimiento y mortandad de árboles en Asia y Europa, además de predisponer a la vegetación a incendios más intensos y frecuentes. Por ejemplo, en 2003, Europa experimentó su verano más caluroso en más de 500 años. Las estimaciones de la actividad fotosintética derivada de los satélites en los Alpes revelaron un patrón de aumento del crecimiento de diferentes especies de plantas a alta elevación y supresión del crecimiento de plantas a baja elevación en respuesta a estas temperaturas extremas de verano. Las temperaturas más cálidas del verano alargaron la temporada de crecimiento sin nieve en las elevaciones altas, mientras que aumentaron la demanda de evaporación del verano en las elevaciones más bajas, determinando menor crecimiento y muerte en muchos casos.