La fenología es el estudio de los eventos periódicos en los ciclos biológicos de la vida y cómo estos se ven influenciados por las variaciones estacionales e interanuales del clima , así como los factores del hábitat (como la elevación ). [2]
Los ejemplos incluyen la fecha de aparición de hojas y flores, el primer vuelo de mariposas, la primera aparición de aves migratorias , la fecha de coloración de las hojas y caída en árboles de hoja caduca, las fechas de puesta de huevos de aves y anfibios, o el momento de los ciclos de desarrollo de las colonias de abejas melíferas de zonas templadas . En la literatura científica sobre ecología , el término se usa de manera más general para indicar el marco de tiempo para cualquier fenómeno biológico estacional, incluidas las fechas de la última aparición (por ejemplo, la fenología estacional de una especie puede ser de abril a septiembre).
Debido a que muchos de estos fenómenos son muy sensibles a pequeñas variaciones en el clima , especialmente a la temperatura, los registros fenológicos pueden ser un proxy útil de la temperatura en la climatología histórica , especialmente en el estudio del cambio climático y el calentamiento global . Por ejemplo, los registros vitivinícolas de las cosechas de uva en Europa se han utilizado para reconstruir un registro de las temperaturas de la temporada de cultivo de verano que se remonta a más de 500 años. [3] [4] Además de proporcionar una línea de base histórica más larga que las mediciones instrumentales, las observaciones fenológicas proporcionan una alta resolución temporal de los cambios en curso relacionados con el calentamiento global . [5] [6]
Etimología
La palabra se deriva del griego φαίνω ( phainō ), "mostrar, sacar a la luz, hacer aparecer" [7] + λόγος ( logos ), entre otros "estudio, discurso, razonamiento" [8] e indica que la fenología se ha preocupado principalmente por las fechas de la primera ocurrencia de eventos biológicos en su ciclo anual.
El término fue utilizado por primera vez por Charles François Antoine Morren , profesor de botánica en la Universidad de Lieja ( Bélgica ). [9] Morren fue alumno de Adolphe Quetelet . Quetelet realizó observaciones fenológicas de plantas en el Real Observatorio de Bélgica en Bruselas. Se le considera "uno de los pioneros del siglo XIX en estos temas". [10] En 1839 comenzó sus primeras observaciones y creó una red sobre Bélgica y Europa que alcanzó un total de aproximadamente 80 estaciones en el período 1840-1870.
Morren participó en 1842 y 1843 en Quetelets 'Observations of Periodical Phenomena' (Observations des Phénomènes périodiques), [11] y en un principio sugirió mencionar las observaciones relativas a los fenómenos botánicos 'observaciones antocronológicas'. Ese término ya había sido utilizado en 1840 por Carl Joseph Kreutzer .
Pero el 16 de diciembre de 1849 Morren utilizó el término 'fenología' por primera vez en una conferencia pública en la Real Academia de Ciencias, Letras y Bellas Artes de Bélgica en Bruselas, [12] [13] para describir “la ciencia específica que tiene el El objetivo es conocer la '' manifestación de la vida regida por el tiempo '' ”. [14]
Pasarían cuatro años más antes de que Morren publicara por primera vez "memorias fenológicas". [15] Un artículo en The Zoologist of 1899 puede demostrar que el término no era realmente común en las décadas siguientes. El artículo describe una reunión ornitológica en Sarajevo, donde se discutieron "cuestiones de fenología". Una nota a pie de página del editor, William Lucas Distant , dice: “Esta palabra rara vez se usa, y una autoridad muy alta nos ha informado que puede definirse como" Biología observacional "y como aplicada a las aves, como aquí , puede entenderse como el estudio o la ciencia de las observaciones sobre la apariencia de las aves ". [dieciséis]
Registros
Histórico
Las observaciones de eventos fenológicos han proporcionado indicios del progreso del calendario natural desde la antigüedad agrícola. Muchas culturas tienen refranes y refranes fenológicos tradicionales que indican un momento para la acción: "Cuando el endrino esté blanco como una hoja, siembre la cebada, ya sea seca o húmeda" o intente pronosticar el clima futuro: "Si el roble es antes que la ceniza, Te espera un chapuzón. Si la ceniza antes que el roble, te espera un baño ". Pero las indicaciones pueden ser bastante poco fiables, como muestra una versión alternativa de la rima: "Si el roble sale antes que la ceniza , será un verano de lluvia y salpicaduras; si la ceniza sale antes que el roble, será un verano de fuego y humo ". Sin embargo, teóricamente, estos no son mutuamente excluyentes, ya que uno pronostica condiciones inmediatas y uno pronostica condiciones futuras.
El Programa de Fenología de Aves de América del Norte en el Centro de Investigación de Vida Silvestre Patuxent de USGS (PWRC) posee una colección de millones de registros de fechas de llegada y salida de aves para más de 870 especies en América del Norte, que datan entre 1880 y 1970. Este programa, originalmente iniciado por Wells W. Cooke , involucró a más de 3.000 observadores, incluidos muchos naturalistas notables de la época. El programa se desarrolló durante 90 años y finalizó en 1970 cuando tomaron precedencia otros programas que se estaban iniciando en PWRC. El programa se inició nuevamente en 2009 para digitalizar la colección de registros y ahora, con la ayuda de ciudadanos de todo el mundo, cada registro se está transcribiendo a una base de datos que será de acceso público para su uso.
Los naturalistas ingleses Gilbert White y William Markwick informaron los eventos estacionales de más de 400 especies de plantas y animales, Gilbert White en Selborne , Hampshire y William Markwick en Battle, Sussex durante un período de 25 años entre 1768 y 1793. Los datos, informados en White's Natural History y Antiquities of Selborne [18] se informan como las fechas más antiguas y más recientes para cada evento durante 25 años; por tanto, no se pueden determinar los cambios anuales.
En Japón y China, la época de la floración de los cerezos y melocotoneros se asocia con festivales antiguos y algunas de estas fechas se remontan al siglo VIII. Dichos registros históricos pueden, en principio, ser capaces de proporcionar estimaciones del clima en fechas anteriores a la disponibilidad de registros instrumentales. Por ejemplo, los registros de las fechas de cosecha de la uva pinot noir en Borgoña se han utilizado en un intento de reconstruir las temperaturas de primavera-verano de 1370 a 2003; [19] [20] los valores reconstruidos durante 1787-2000 tienen una correlación con los datos instrumentales de París de aproximadamente 0,75.
Moderno
Gran Bretaña
Robert Marsham , el padre fundador del registro fenológico moderno, fue un rico terrateniente que mantuvo registros sistemáticos de "Indicaciones de la primavera" en su finca en Stratton Strawless , Norfolk , desde 1736. Estos tomaron la forma de fechas de la primera ocurrencia de eventos como como floración, brote, aparición o vuelo de un insecto. Las generaciones de la familia de Marsham mantuvieron registros consistentes de los mismos eventos o "fenofases" durante períodos de tiempo sin precedentes, que finalmente terminaron con la muerte de Mary Marsham en 1958, de modo que las tendencias se pueden observar y relacionar con registros climáticos a largo plazo. Los datos muestran una variación significativa en las fechas que se corresponden en general con los años cálidos y fríos. Entre 1850 y 1950 se observa una tendencia a largo plazo de calentamiento gradual del clima, y durante este mismo período el registro de Marsham de fechas de hojas de roble tendió a ser más temprano. [21]
Después de 1960, la tasa de calentamiento se aceleró, y esto se refleja en la creciente precocidad de las hojas de roble, registradas en los datos recopilados por Jean Combes en Surrey. Durante los últimos 250 años, la fecha de la primera hoja de roble parece haber avanzado unos 8 días, lo que corresponde a un calentamiento global del orden de 1,5 ° C en el mismo período.
Hacia finales del siglo XIX, el registro de la aparición y el desarrollo de plantas y animales se convirtió en un pasatiempo nacional, y entre 1891 y 1948 la Royal Meteorological Society (RMS) organizó un programa de registro fenológico en las Islas Británicas. Hasta 600 observadores presentaron declaraciones en algunos años, con un promedio de unos pocos cientos. Durante este período, se registraron sistemáticamente 11 fenofases de las plantas principales durante los 58 años comprendidos entre 1891 y 1948, y se registraron otras 14 fenofases durante los 20 años comprendidos entre 1929 y 1948. Los resultados se resumieron cada año en el Quarterly Journal of the RMS como The Informes fenológicos . Jeffree (1960) resumió los 58 años de datos, [22] que muestran que las fechas de floración pueden ser hasta 21 días antes y hasta 34 días tarde, con una precocidad extrema mayor en las especies que florecen en verano y una tardía extrema en la primavera. -especies florecientes. En las 25 especies, los tiempos de todos los eventos fenológicos están significativamente relacionados con la temperatura, [23] [24] lo que indica que es probable que los eventos fenológicos se produzcan antes a medida que el clima se calienta.
Los informes fenológicos terminaron repentinamente en 1948 después de 58 años, y Gran Bretaña permaneció sin un esquema de registro nacional durante casi 50 años, justo en un momento en que el cambio climático se estaba volviendo evidente. Durante este período, los observadores dedicados individuales hicieron contribuciones importantes. El naturalista y autor Richard Fitter registró la primera fecha de floración (FFD) de 557 especies de plantas con flores británicas en Oxfordshire entre 1954 y 1990. Escribiendo en Science en 2002, Richard Fitter y su hijo Alistair Fitter encontraron que "el FFD promedio de 385 Las especies de plantas británicas han avanzado 4,5 días durante la última década en comparación con las cuatro décadas anteriores ". [25] [26] Señalan que la FFD es sensible a la temperatura, como se acepta generalmente, que "150 a 200 especies pueden estar floreciendo en promedio 15 días antes en Gran Bretaña ahora que en el pasado muy reciente" y que estas FFD anteriores tienen "profundas consecuencias ecosistémicas y evolutivas". En Escocia, David Grisenthwaite registró meticulosamente las fechas en las que cortó el césped desde 1984. Su primer corte del año fue 13 días antes en 2004 que en 1984, y su último corte fue 17 días después, lo que proporciona evidencia de un comienzo más temprano de la primavera y un clima más cálido en general. [27] [28] [29]
El registro nacional fue reanudado por Tim Sparks en 1998 [30] y, desde 2000, [31] ha sido dirigido por el proyecto de ciencia ciudadana Nature's Calendar [2] , dirigido por Woodland Trust y el Centro de Ecología e Hidrología . Las últimas investigaciones muestran que el brote de los brotes de roble ha avanzado más de 11 días desde el siglo XIX y que las aves residentes y migratorias no pueden mantenerse al día con este cambio. [32]
continente europeo
En Europa, las redes fenológicas se operan en varios países, por ejemplo, el servicio meteorológico nacional de Alemania opera una red muy densa con aprox. 1200 observadores, la mayoría de ellos de forma voluntaria. [33] El proyecto Paneuropeo de Fenología (PEP) es una base de datos que recopila datos fenológicos de países europeos. Actualmente, 32 servicios meteorológicos europeos y socios de proyectos de toda Europa se han unido y suministrado datos. [34]
Otros paises
Existe una Red Nacional de Fenología de EE. UU. [3] en la que participan tanto científicos profesionales como registradores no profesionales.
Muchos otros países como Canadá (Alberta Plantwatch [4] y Saskatchewan PlantWatch [35] ), China y Australia [36] [37] también tienen programas fenológicos.
En el este de América del Norte, los almanaques se utilizan tradicionalmente [¿ por quién? ] para obtener información sobre la fenología de acción (en agricultura), teniendo en cuenta las posiciones astronómicas en ese momento. William Felker ha estudiado fenología en Ohio , EE. UU., Desde 1973 y ahora publica "Poor Will's Almanack", un almanaque fenológico para agricultores (que no debe confundirse con un almanaque de finales del siglo XVIII con el mismo nombre).
En las selvas tropicales del Amazonas de América del Sur, el momento de la producción de hojas y la abscisión se ha relacionado con los ritmos de la producción primaria bruta en varios sitios. [38] [39] Al principio de su vida útil, las hojas alcanzan un pico en su capacidad de fotosíntesis , [40] y en los bosques tropicales de hoja perenne de algunas regiones de la cuenca del Amazonas (en particular las regiones con largas estaciones secas), muchos árboles producen más jóvenes. hojas en la estación seca, [41] aumentando estacionalmente la capacidad fotosintética del bosque. [42]
Sensores aéreos
Los recientes avances tecnológicos en el estudio de la tierra desde el espacio han dado lugar a un nuevo campo de investigación fenológica que se ocupa de observar la fenología de ecosistemas completos y rodales de vegetación a escala global utilizando enfoques indirectos. Estos métodos complementan los métodos fenológicos tradicionales que registraron las primeras apariciones de especies individuales y fenofases.
El más exitoso de estos enfoques se basa en el seguimiento del cambio temporal de un índice de vegetación (como el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI)). NDVI hace uso de la baja reflexión típica de la vegetación en el rojo (la energía roja es absorbida principalmente por las plantas en crecimiento para la fotosíntesis) y la fuerte reflexión en el infrarrojo cercano (la energía infrarroja se refleja principalmente en las plantas debido a su estructura celular). Debido a su robustez y simplicidad, NDVI se ha convertido en uno de los productos basados en sensores remotos más populares. Por lo general, un índice de vegetación se construye de tal manera que la energía de la luz solar reflejada atenuada (1% a 30% de la luz solar incidente) se amplifica al relacionar el rojo y el NIR siguiendo esta ecuación:
La evolución del índice de vegetación a lo largo del tiempo, representada por el gráfico anterior, muestra una fuerte correlación con las etapas típicas de crecimiento de la vegetación verde (emergencia, vigor / crecimiento, madurez y cosecha / senescencia). Estas curvas temporales se analizan para extraer parámetros útiles sobre la temporada de crecimiento de la vegetación (inicio de temporada, final de temporada, duración de la temporada de crecimiento , etc.). Se podrían extraer potencialmente otros parámetros de la temporada de crecimiento , y luego se podrían construir mapas globales de cualquiera de estos parámetros de la temporada de crecimiento y usarlos en todo tipo de estudios de cambio climático .
Un ejemplo digno de mención del uso de la fenología basada en la teledetección es el trabajo de Ranga Myneni [45] de la Universidad de Boston . Este trabajo [46] mostró un aparente aumento en la productividad de la vegetación que muy probablemente resultó del aumento de la temperatura y el alargamiento de la temporada de crecimiento en el bosque boreal . [47] Otro ejemplo basado en el índice de vegetación mejorado MODIS (EVI) informado por Alfredo Huete [48] en la Universidad de Arizona y sus colegas mostró que la selva amazónica , a diferencia de la visión de larga data de una temporada de crecimiento o crecimiento monótono sólo durante la estación lluviosa, de hecho exhibe brotes de crecimiento durante la estación seca. [49] [50]
Sin embargo, estos parámetros fenológicos son solo una aproximación de las verdaderas etapas de crecimiento biológico. Esto se debe principalmente a la limitación de la teledetección espacial actual, especialmente la resolución espacial y el índice de naturaleza de la vegetación. Un píxel en una imagen no contiene un objetivo puro (como un árbol, un arbusto, etc.) sino que contiene una mezcla de lo que se cruzó con el campo de visión del sensor.
Desajuste fenológico
La mayoría de las especies, incluidas las plantas y los animales, interactúan entre sí dentro de los ecosistemas y hábitats, lo que se conoce como interacciones biológicas . [51] Estas interacciones (ya sean interacciones planta-planta, animal-animal, depredador-presa o planta-animal) pueden ser vitales para el éxito y la supervivencia de las poblaciones y, por lo tanto, de las especies.
Muchas especies experimentan cambios en el desarrollo del ciclo de vida, la migración o en algún otro proceso / comportamiento en diferentes momentos de la temporada que los patrones anteriores representados debido al calentamiento de las temperaturas. Los desajustes fenológicos, donde las especies que interactúan cambian el tiempo de las fases que se repiten regularmente en sus ciclos de vida a diferentes velocidades, crea un desajuste en el tiempo de interacción y, por lo tanto, daña negativamente la interacción. [52] Los desajustes pueden ocurrir en muchos diferentes interacciones biológicas, incluso entre especies en un nivel trófico ( intratrophic interacciones) (es decir. Planta de la planta), entre los diferentes niveles tróficos ( intertrophic interacciones) (es decir. Planta-animal) o través de la competencia creando ( interacciones intragremio ). [53] Por ejemplo, si una especie de planta florece antes que en años anteriores, pero los polinizadores que se alimentan y polinizan esta flor no llegan ni crecen antes también, entonces se ha producido un desajuste fenológico. Esto hace que la población de plantas disminuya ya que no hay polinizadores que ayuden a su éxito reproductivo. [54] Otro ejemplo incluye la interacción entre especies de plantas, donde la presencia de una especie ayuda en la polinización de otra a través de la atracción de polinizadores. Sin embargo, si estas especies de plantas se desarrollan en momentos diferentes, esta interacción se verá afectada negativamente y, por lo tanto, la especie de planta que depende de la otra se verá perjudicada.
Los desajustes fenológicos significan la pérdida de muchas interacciones biológicas y, por lo tanto, las funciones de los ecosistemas también corren el riesgo de sufrir efectos negativos o de perderse por completo. Los desajustes fenológicos afectarán las redes tróficas de las especies y los ecosistemas , el éxito de la reproducción , la disponibilidad de recursos, la dinámica de la población y la comunidad en las generaciones futuras y, por lo tanto, el proceso evolutivo y la biodiversidad en general .
Ver también
- Ciencia ciudadana
- Detectives de la naturaleza
- Fluencia de la temporada
- Creciente grado-día
- Ciclo de vida biológico
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Las fechas de la primera hoja del SI, que miden el cambio en el comienzo de la 'primavera temprana' (aproximadamente el momento de la brotación de los arbustos y el primer enverdecimiento del césped), se están adelantando en casi todas las partes del hemisferio norte. La tasa promedio de cambio durante el período 1955-2002 es de aproximadamente -1,2 días por década.
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Fuentes
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enlaces externos
- Programa de fenología de aves de América del Norte Programa de ciencia ciudadana para digitalizar registros de fenología de aves
- Proyecto Budburst Citizen Science para la fenología vegetal en los EE. UU.
- Red nacional de fenología de EE. UU. Observaciones de la red de investigación y ciencia ciudadana sobre fenología en EE. UU.
- Monitoreo científico y fenológico de Mountain Watch Citizen de AMC en las montañas Apalaches
- Proyecto paneuropeo de fenología PEP725 Base de datos europea de acceso abierto con conjuntos de datos de fenología vegetal para ciencia, investigación y educación
- UK Nature's Calendar Red de fenología del Reino Unido
- Sitio web de fenología de DWD Información sobre la red fenológica de las plantas operada por el servicio meteorológico nacional de Alemania (DWD)
- Nature's Calendar Ireland Reloj de primavera y reloj de otoño
- Naturewatch: un proyecto canadiense de fenología
- Proyecto Spring Alive Encuesta fenológica sobre aves para niños
- Moj Popek Ciencia ciudadana para la fenología vegetal en Eslovenia
- Observatoire des Saisons Red francesa de fenología
- Video de fenología producido por Wisconsin Public Television
- Red fenológica austriaca gestionada por ZAMG