La ecología funcional es una rama de la ecología que se centra en los roles o funciones que desempeñan las especies en la comunidad o ecosistema en el que se encuentran. En este enfoque, se enfatizan las características fisiológicas, anatómicas y del ciclo de vida de la especie. El término "función" se utiliza para enfatizar ciertos procesos fisiológicos en lugar de propiedades discretas, describir el papel de un organismo en un sistema trófico o ilustrar los efectos de los procesos selectivos naturales en un organismo. [1]Esta subdisciplina de la ecología representa la encrucijada entre los patrones ecológicos y los procesos y mecanismos que los subyacen. Se centra en los rasgos representados en un gran número de especies y se puede medir de dos formas: la primera es el cribado, que implica medir un rasgo en varias especies, y el segundo es el empirismo, que proporciona relaciones cuantitativas para los rasgos medidos en el cribado. . [2] La ecología funcional a menudo enfatiza un enfoque integrador, utilizando características y actividades de los organismos para comprender la dinámica de la comunidad y los procesos del ecosistema, particularmente en respuesta a los rápidos cambios globales que ocurren en el medio ambiente terrestre.
La ecología funcional se encuentra en el nexo de varias disciplinas dispares y sirve como el principio unificador entre la ecología evolutiva , la biología evolutiva , la genética y la genómica y los estudios ecológicos tradicionales. Explora áreas tales como "las habilidades competitivas [de las especies], los patrones de coexistencia de especies, el ensamblaje de la comunidad y el papel de los diferentes rasgos en el funcionamiento del ecosistema". [3]
Historia
La noción de que las funciones de los ecosistemas pueden verse afectadas por sus partes constituyentes tiene su origen en el siglo XIX. Sobre el origen de las especies, de Charles Darwin , es uno de los primeros textos que comenta directamente sobre el efecto de la biodiversidad en la salud del ecosistema al señalar una correlación positiva entre la densidad de plantas y la productividad del ecosistema. [3] En su influyente trabajo de 1927, Ecología animal , Charles Elton propuso clasificar un ecosistema según la forma en que sus miembros utilizan los recursos. [4] En la década de 1950, el modelo de ecosistemas de Elton fue ampliamente aceptado, donde los organismos que compartían similitudes en el uso de recursos ocupaban el mismo "gremio" dentro de un ecosistema. [3]
A partir de la década de 1970, un mayor interés en la clasificación funcional revolucionó la ecología funcional. Los 'gremios' se volverían a denominar 'grupos funcionales' y los esquemas de clasificación comenzaron a centrarse más en las interacciones entre las especies y los niveles tróficos. La ecología funcional se entendió ampliamente como el estudio de los procesos ecológicos que se refieren a las adaptaciones de los organismos dentro del ecosistema. [1] En la década de 1990, la biodiversidad se entendió mejor como la diversidad de funciones ecológicas de las especies dentro de un ecosistema, en lugar de simplemente como una gran cantidad de especies diferentes presentes. [3] Finalmente, en la década de 2000, los investigadores comenzaron a utilizar esquemas de clasificación funcional para examinar las respuestas de los ecosistemas y organismos a cambios drásticos y perturbaciones, y el impacto de la pérdida de funciones en la salud de un ecosistema. [3]
Diversidad funcional
En general, se considera que la diversidad funcional es "el valor y la variedad de aquellas especies y rasgos orgánicos que influyen en el funcionamiento del ecosistema" [3]. En este sentido, el uso del término "función" puede aplicarse a individuos, poblaciones, comunidades, niveles tróficos. , o proceso evolutivo (es decir, considerando la función de adaptaciones). [3] La diversidad funcional se concibió como una clasificación alternativa a los esquemas que utilizan la diversidad genética o la diversidad fisiológica para medir la importancia ecológica de las especies en un medio ambiente, así como una forma de comprender cómo la biodiversidad afecta las funciones específicas de los ecosistemas, cuando en este contexto, ' biodiversidad ”se refiere a la diversidad de funciones de los ecosistemas presentes en un sistema dado. [3] Comprender los ecosistemas a través de la diversidad funcional es tan poderoso como ampliamente aplicable y da una idea de los patrones observables en los ecosistemas, como la presencia de especies, las habilidades competitivas de las especies y la influencia de las comunidades biológicas en el funcionamiento de los ecosistemas. [3]
Impacto en la salud del ecosistema
Un interés clave de la investigación moderna en ecología funcional es el impacto de la diversidad funcional en la salud del ecosistema. Como era de esperar, la biodiversidad tiene un impacto positivo en la productividad de un ecosistema. [5] El aumento de la diversidad funcional aumenta tanto la capacidad del ecosistema para regular el flujo de energía y materia a través del medio ambiente (Funciones del ecosistema) como la capacidad del ecosistema para producir recursos beneficiosos para los humanos como el aire, el agua y la madera (Ecosistema Servicios). [5] Las funciones de los ecosistemas se reducen drásticamente con la disminución de la diversidad de genes, especies y grupos funcionales presentes dentro de un ecosistema. [5] De hecho, las reducciones en la diversidad funcional impactan ampliamente la capacidad de supervivencia de los organismos en un ambiente independientemente del grupo funcional, nivel trófico o especie, lo que implica que la organización e interacción de las comunidades en un ecosistema tiene un impacto profundo en su capacidad para funcionar. y autosuficiente. [5] Además, la diversidad mejora la estabilidad ambiental. Cuanto mayor es la diversidad de un ecosistema, más resistente es a los cambios en la composición de especies (por ejemplo, eventos de extinción o especies invasoras) y cambios extraños en las condiciones ambientales (por ejemplo, tala, agricultura y contaminación). [5] Además, los beneficios que la diversidad proporciona a un entorno escalan de manera no lineal con la cantidad de diversidad. [5] Desafortunadamente, esta relación también actúa en la dirección opuesta. La pérdida de diversidad altera de forma no lineal los ecosistemas (incluso los estables); este impacto negativo es especialmente perjudicial cuando la pérdida se produce a través de los niveles tróficos. [5] Por ejemplo, la pérdida de un solo depredador terciario puede tener efectos en cascada en la cadena alimentaria, lo que resulta en la reducción de la biomasa vegetal y la diversidad genética. [5] Esto, a su vez, puede alterar la "estructura de la vegetación, la frecuencia de los incendios e incluso las epidemias de enfermedades en una variedad de ecosistemas". [5] Los efectos de la diversidad en los ecosistemas son tan poderosos que pueden rivalizar con el impacto del cambio climático y otros factores estresantes del ecosistema global. [5]
Alternativamente, en raras situaciones, se ha demostrado que la diversidad retrasa la productividad ecológica. En entornos microscópicos elaborados experimentalmente, un cultivo diverso de bacterias no pudo superar a un cultivo homogéneo de una cepa de control "eficiente". [6] Sin embargo, la validez estadística y la configuración de estos experimentos han sido cuestionados y requieren más investigación para tener un mérito sustancial. [5] En general, el consenso actual de que la diversidad es beneficiosa para la salud del ecosistema tiene mucho más apoyo teórico y empírico y es de aplicación más amplia.
Escalada
La mayoría de los modelos de diversidad funcional compleja solo son efectivos en una pequeña gama de escalas espaciales. [7] Sin embargo, al definir la densidad de probabilidad del rasgo funcional como una "función que representa la distribución de probabilidades de observar cada valor de rasgo posible en una unidad ecológica dada ", los resultados de muchos modelos se pueden generalizar a escalas mayores. [7] A escalas espaciales más grandes, una mayor heterogeneidad ambiental puede aumentar las oportunidades para que las especies exploten más grupos funcionales. [5] De acuerdo con esta conclusión, las pruebas de modelos teóricos predicen que los efectos netos de la biodiversidad en las funciones de los ecosistemas se hacen más fuertes con el tiempo, en escalas espaciales más grandes y con recursos naturales más heterogéneos. [5] Sin embargo, se espera que estos resultados subestimen la relación real, lo que implica que grandes escalas de tiempo y espacio junto con recursos diversos son más que necesarios para sostener un ecosistema. [5]
Aplicaciones de la ecología funcional
Un enfoque funcional para comprender y tratar los entornos proporciona numerosos beneficios para nuestra comprensión de la biología y sus aplicaciones en nuestras vidas. Si bien el concepto de ecología funcional aún está en su infancia, se ha aplicado ampliamente a través de estudios biológicos para comprender mejor los organismos, los entornos y sus interacciones.
Detección y clasificación de especies
Las nociones de ecología funcional tienen implicaciones beneficiosas para la detección y clasificación de especies. Al detectar especies, los rasgos ecológicamente importantes, como la altura de la planta, influyen en la probabilidad de detección durante los estudios de campo. [8] Cuando se analiza holísticamente un medio ambiente, el error sistemático de detección imperfecta de especies puede llevar a conclusiones evolutivas incorrectas sobre rasgos ambientales, así como a estimaciones deficientes de la diversidad de rasgos funcionales y el papel ambiental. [8] Por ejemplo, si es menos probable que se detecten pequeñas especies de insectos, los investigadores pueden concluir que son mucho más escasas (y por lo tanto menos impactantes) en el medio ambiente que las especies más grandes de insectos. Este "filtrado de detección" tiene importantes consecuencias sobre el empaquetado funcional y la definición de grupos funcionales en un ecosistema. [8] Afortunadamente, las correlaciones entre el cambio ambiental y la adaptación evolutiva son mucho mayores que los efectos de la detección imperfecta de especies. [8] No obstante, abordar los ecosistemas con mapas teóricos de relaciones funcionales entre especies y grupos puede reducir la probabilidad de una detección incorrecta y mejorar la solidez de las conclusiones biológicas extraídas.
Un enfoque funcional para definir rasgos puede incluso ayudar a clasificar las especies. Los esquemas de taxonomía centrados en rasgos se han utilizado durante mucho tiempo para clasificar especies, pero el número y el tipo de "rasgo" a considerar es un tema ampliamente debatido. La consideración de más rasgos en un esquema de clasificación separará las especies en grupos funcionales más específicos, pero puede conducir a una sobreestimación de la diversidad funcional total en el medio ambiente. [3] Sin embargo, considerar muy pocos rasgos corre el riesgo de clasificar a las especies como funcionalmente redundantes, cuando de hecho son vitales para la salud del ecosistema. [3] Entonces, antes de que uno pueda clasificar los organismos por rasgos, debe establecerse la definición de 'rasgo'. En lugar de definir los rasgos como sustitutos del desempeño del organismo, como hizo Darwin, los ecologistas modernos favorecen una definición más sólida de los rasgos a los que a menudo se hace referencia como "rasgos funcionales". [9] Bajo este paradigma, los rasgos funcionales se definen como rasgos morfofisiofenológicos que impactan indirectamente la aptitud a través de sus efectos sobre el crecimiento, la reproducción y la supervivencia. [9] Nótese que esta definición no es específica de una especie. Dado que las organizaciones biológicas más grandes crecen, se reproducen y se sustentan tal como lo hacen los organismos individuales, los rasgos funcionales también se pueden usar para describir los procesos y propiedades de los ecosistemas. [9] Para distinguir entre rasgos funcionales a diferentes escalas, el esquema de clasificación adopta la siguiente nomenclatura. Los organismos individuales tienen rasgos ecofisiológicos y rasgos de historia de vida; las poblaciones tienen rasgos demográficos; las comunidades tienen rasgos de respuesta; y los ecosistemas tienen rasgos de efecto. [9] En cada nivel, los rasgos funcionales pueden influir directa e indirectamente en los rasgos funcionales en los niveles por encima o por debajo de ellos. [9] Por ejemplo, cuando se promedia sobre un ecosistema, la altura de las plantas individuales puede contribuir a la productividad o eficiencia del ecosistema. [9]
Rasgo | Escala | Alcance | Ejemplos de |
---|---|---|---|
Ecofisiológico | Individual | Calidad fisiológica que afecta la aptitud relativa | El tamaño de la hoja puede afectar la absorción de energía solar |
Historia de vida | Individual | Cualidades que impactan la aptitud relativa y cambian a lo largo de la vida de un individuo | Cambios en el tamaño del cuerpo, esperanza de vida, edad para la reproducción |
Demográfico | Población | Cambios en una población a lo largo del tiempo | Tasas de natalidad y muerte |
Respuesta | Comunidad | Respuestas de la comunidad a las variables ambientales | Flora crece después de que un incendio despeja el dosel de los árboles |
Efecto | Ecosistema | Efectos que involucran el funcionamiento de un ecosistema | La necesidad de las plantas para que exista un ecosistema. |
Genómica
La ecología funcional está estrechamente relacionada con la genómica. Comprender los nichos funcionales que ocupan los organismos en un ecosistema puede proporcionar pistas sobre las diferencias genéticas entre los miembros de un género. [10] Por otro lado, descubrir los rasgos / funciones que codifican los genes da una idea de las funciones que desempeñan los organismos en su entorno. Este tipo de estudio genómico se conoce como ecología genómica o ecogenómica. [10] La ecología genómica puede clasificar rasgos a nivel celular y fisiológico conduciendo a un sistema de clasificación más refinado. [10] Además, una vez que se identifican los marcadores genéticos de los rasgos funcionales en los individuos, se pueden hacer predicciones sobre la diversidad funcional y la composición de un ecosistema a partir de los datos genéticos de unas pocas especies en un proceso llamado "ecología inversa". [10] La ecología inversa también puede contribuir a una mejor taxonomía de organismos. En lugar de definir las especies solo por la proximidad genética, los organismos pueden clasificarse adicionalmente por las funciones que cumplen en la misma ecología. Esta aplicación de la ecología inversa ha resultado especialmente útil en la clasificación de bacterias. Los investigadores pudieron identificar la correspondencia entre la variación genética y la función del nicho ecológico en el género Agrobacterium y su mayor implicación biológica en la distinción de especies y la diversidad en el ecosistema. [10] Los investigadores encontraron que 196 genes específicos de Agrobacterium fabrum codificaban las vías metabólicas específicas de las plantas que permitían el uso de azúcares y compuestos específicos de las plantas para evitar la deficiencia de hierro. [10] Este rasgo, exclusivo de Agrobacterium fabrum, le permitió evitar la competencia con bacterias estrechamente relacionadas en Agrobacterium que se encuentran dentro del mismo entorno. [10] Por lo tanto, comprender la genética de Agrobacterium fabrum permitió a los investigadores inferir que evolucionó hacia el nicho (es decir, el papel ecológico) de una planta para evitar competir con sus parientes cercanos. Si se puede demostrar que este proceso se generaliza, entonces las funciones ecológicas de otros organismos pueden inferirse simplemente a partir de la información genética.
Sin embargo, la ecología inversa y la ecología genómica enfrentan varios obstáculos antes de que puedan ser aceptadas como enfoques rigurosos y convencionales de la taxonomía o la ecología. Uno de los principales desafíos es que no existen tecnologías para la secuenciación y comparación de datos transcriptómicos, lo que hace que la adquisición de datos transcriptómicos dependa de las condiciones ambientales. [10] Además, a medida que los entornos estudiados aumentan en complejidad, los datos transcriptómicos se vuelven más difíciles de recopilar. [10] Además, las funciones que codifican muchos genes descubiertos aún se desconocen, lo que dificulta, si no imposible, inferir la función ecológica de un genoma. [10] Probar hipótesis sobre qué funciones codifican los genes dados es difícil experimentalmente y es costoso y requiere mucho tiempo. [10]
Extinción
La ecología funcional también tiene amplias aplicaciones en la ciencia y el debate sobre la extinción , la resurrección de especies extintas. La ecología de funciones se puede aplicar para evaluar estratégicamente la resurrección de especies extintas para maximizar su impacto en el medio ambiente. [11] Para evitar la reintroducción de una especie que se vuelve funcionalmente redundante por uno de sus ancestros, se puede realizar un análisis funcional de los ecosistemas globales para determinar qué ecosistemas se beneficiarían más de la diversidad funcional agregada de las especies reintroducidas. [11] Estas consideraciones son importantes porque, si bien muchas especies actualmente consideradas para la extinción son terrestres, también son funcionalmente redundantes en sus antiguos ecosistemas. [11] Sin embargo, muchas especies marinas extintas han sido identificadas como funcionalmente únicas en sus ambientes, incluso hoy en día, lo que justifica su reintroducción. [11] De hecho, si bien la evolución ha recuperado algunas funciones, como es el caso de muchas especies terrestres extintas, algunas brechas funcionales se han ampliado con el tiempo. [11] La reintroducción de especies extintas tiene el potencial de cerrar estas brechas, haciendo ecosistemas más ricos y equilibrados.
Además, antes de que una especie se extinga en el sentido clásico de la palabra, mantener una perspectiva funcional en mente puede evitar la "extinción funcional". [11] La extinción funcional se define como "el punto en el que una especie no cumple su función funcional histórica". [11] Las especies en peligro de extinción, como las especies de tigres, atunes y nutrias marinas, suelen calificar para este umbral. [11] Si se considera la ecología funcional, se pueden introducir nuevas especies (no necesariamente extintas) en el ecosistema donde una especie se ha extinguido funcionalmente antes de que sea necesario emprender alguna acción de extinción. Este puede ser un proceso transformador clave en la preservación y restauración ecológicas porque la extinción funcional puede tener efectos en cascada sobre la salud de un ecosistema. [11] [5] Por ejemplo, las especies que diseñan ecosistemas como los castores son funcionalmente únicas; su ausencia de un ecosistema podría ser devastadora. [11]
Si bien los argumentos funcionales para la reintroducción de especies extintas pueden pintar la reintroducción reflexiva como una bendición ecológica, el debate ético y práctico sobre la extinción no ha dejado ilesos los enfoques funcionales. La principal crítica de los argumentos funcionales a favor de la extinción se centra en gran medida en las afirmaciones de que las funciones ecológicas a menudo se definen de forma ambigua y que no está claro qué funciones deben estar presentes para definir un ecosistema. Estos argumentos sugieren que la reintroducción de una especie extinta podría dañar drásticamente un ecosistema si las conclusiones sobre su función o las funciones de la especie que se pretende reemplazar son incorrectas. Además, incluso si se comprende bien la función de una especie extinta, la extinción podría ser igualmente dañina si el ecosistema ya no necesita la función que cumple la especie extinta.
Revistas
La revista científica Functional Ecology es publicada por la British Ecological Society desde 1986
Ver también
- Ecología comunitaria
Referencias
- ^ a b "Hacia una definición de ecología funcional en JSTOR". Jstor.org. N. p., 2017. Web. 2 de mayo de 2017.
- ^ Keddy, PA (1992). "Un enfoque pragmático de la ecología funcional" (PDF) . Ecología funcional . 6 (6): 621–626. doi : 10.2307 / 2389954 . JSTOR 2389954 . Archivado desde el original (PDF) el 17 de mayo de 2017 . Consultado el 5 de mayo de 2017 .
- ^ a b c d e f g h yo j k Laureto, Livia Maira Orlandi; Cianciaruso, Marcus Vinicius; Samia, Diogo Soares Menezes (julio de 2015). "Diversidad funcional: una visión general de su historia y aplicabilidad" . Natureza y Conservação . 13 (2): 112-116. doi : 10.1016 / j.ncon.2015.11.001 . ISSN 1679-0073 .
- ^ Elton, Charles (1927). Ecología animal . Nueva York, Macmillan Co.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o Cardinale, Bradley J .; Duffy, J. Emmett; González, Andrés; Hooper, David U .; Perrings, Charles; Venail, Patrick; Narwani, Anita; Mace, Georgina M .; Tilman, David (junio de 2012). "La pérdida de biodiversidad y su impacto en la humanidad" (PDF) . Naturaleza . 486 (7401): 59–67. Código Bibliográfico : 2012Natur.486 ... 59C . doi : 10.1038 / nature11148 . ISSN 0028-0836 . PMID 22678280 .
- ^ Cardinale, Bradley J .; Wright, Justin P .; Cadotte, Marc W .; Carroll, Ian T .; Héctor, Andy; Srivastava, Diane S .; Loreau, Michel; Weis, Jerome J. (13 de noviembre de 2007). "Los impactos de la diversidad vegetal en la producción de biomasa aumentan con el tiempo debido a la complementariedad de especies" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 104 (46): 18123–18128. Código Bibliográfico : 2007PNAS..10418123C . doi : 10.1073 / pnas.0709069104 . PMC 2084307 . PMID 17991772 .
- ^ a b Carmona, Carlos P .; de Bello, Francesco; Mason, Norman WH; Lepš, Jan (mayo de 2016). "Rasgos sin fronteras: integración de la diversidad funcional a través de escalas" . Tendencias en Ecología y Evolución . 31 (5): 382–394. doi : 10.1016 / j.tree.2016.02.003 . ISSN 0169-5347 . PMID 26924737 .
- ^ a b c d Roth, Tobías; Allan, Eric; Pearman, Peter B .; Amrhein, Valentin (27 de diciembre de 2017). "Ecología funcional y detección imperfecta de especies". Métodos en ecología y evolución . 9 (4): 917–928. doi : 10.1111 / 2041-210x.12950 . ISSN 2041-210X . S2CID 90208565 .
- ^ a b c d e f Violle, Cyrille; Navas, Marie-Laure; Vil, Denis; Kazakou, Elena; Fortunel, Claire; Hummel, Irène; Garnier, Eric (mayo de 2007). "¡Que el concepto de rasgo sea funcional!". Oikos . 116 (5): 882–892. doi : 10.1111 / j.0030-1299.2007.15559.x . ISSN 0030-1299 . S2CID 53663223 .
- ^ a b c d e f g h yo j k Faure, Denis; Joly, Dominique (2016). Perspectiva sobre genómica ambiental . Elsevier. págs. 93-102. doi : 10.1016 / b978-1-78548-146-8.50009-5 . ISBN 9781785481468.
- ^ a b c d e f g h yo j McCauley, Douglas J .; Hardesty-Moore, Molly; Halpern, Benjamin S .; Joven, Hillary S. (12 de septiembre de 2016). "Una empresa gigantesca: aprovechar los conocimientos de la ecología funcional para configurar el establecimiento de prioridades de extinción" (PDF) . Ecología funcional . 31 (5): 1003–1011. doi : 10.1111 / 1365-2435.12728 . ISSN 0269-8463 .