ENTREVISTA

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Andrew Peterson: Simuladores de futuro

Los programas de modelado ambiental anticipan los efectos de los cambios climáticos y la propagación de enfermedades en el mundo

CARLOS FIORAVANTI | ED. 80 | OCTUBRE 2002

 

Los biólogos han logrado descubrir y entender con precisión los impactos de los cambios climáticos sobre los animales y las plantas, la expansión de los insectos dañinos para la agricultura y el real peligro de los virus causantes de enfermedades. Las proyecciones sobre situaciones como las mencionadas, que ponen en riesgo el futuro de la humanidad, emergen de una serie de programas de computadora y forman parte de un área de investigación relativamente nueva: el modelado ambiental (predictive modelling, en inglés), en la cual se destaca el trabajo de un discreto biólogo norteamericano: Andrew Townsend Peterson, del Centro de Investigaciones de la Biodiversidad e Historia Natural de la Universidad de Kansas, Estados Unidos.

A los 38 años, y con 13 artículos publicados este año, Peterson participó del desarrollo del SpeciesAnalist, un programa que integra electrónicamente a las colecciones biológicas (de animales y plantas) de instituciones de investigación del mundo entero. Durante los dos meses que pasó en Brasil, este biólogo nacido en Ohio trabajó con el equipo del Centro de Referencia en Información Ambiental (Cria) – la institución responsable del mantenimiento del SinBiota, el sistema de información del programa de mapeamiento de la flora y la fauna del estado de São Paulo, el Biota-FAPESP – en el desarrollo del programa paulista de modelado ambiental: el SpeciesLink, concebido para reunir el material de investigación guardado en 12 instituciones paulistas y, en un segundo momento, poner a Brasil en contacto con la naciente red mundial de informática para la diversidad.

Su estadía – la más larga desde que empezó a trabajar con investigadores brasileños en 1999 – dejó claro de qué modo el modelado puede ayudar a resolver los problemas específicos del país, revelando por ejemplo el desplazamiento de la leishmaniosis, que está dejando las áreas pobres y rurales y aproximándose a las ciudades. En esta entrevista, concedida a Carlos Fioravanti en la sede del Cria, en Campinas, Peterson cuenta de qué forma esta área de estudios amplia y a veces corrige el rumbo de la investigación en el mundo entero.

¿Qué es el modelado ambiental?
-En principio es cualquier abstracción del mundo natural con algún poder para prever eventos, con base en principios generales. Utilizamos específicamente la expresión modelado de nicho ecológico, que concentra su poder de previsión en fenómenos que se refieren a la distribución de la biodiversidad.

En uno de sus artículos más recientes, publicado en Nature, usted afirma que los pronósticos al respecto de los cambios climáticos mundiales, que de por sí no son nada halagüeños, han sido subestimados. ¿Podría explicar por qué?
-En realidad, los pronósticos del impacto de los cambios climáticos sobre la biodiversidad fueron estimados de manera inapropiada. Existe una relación biogeográfica general según la cual la altitud y la latitud son más o menos equivalentes. Por lo tanto, unos 100 metros de altitud son más o menos equivalente a un desplazamiento de 800 kilómetros en dirección al polo. Entonces la elevación de un grado en la temperatura de la Tierra es esencialmente lo mismo que empujar las zonas climáticas hacia arriba, en dirección a los polos.

A partir de allí, se estiman los cambios climáticos en la Tierra por medio de grupos de especies de un ecosistema, indicando hacia dónde van las zonas climáticas, y el tamaño de las poblaciones antes y después de un aumento de un grado, por así decirlo. El problema de este abordaje es que el ecosistema de la Amazonia, por ejemplo, no es homogéneo, sino complejo, compuesto por millones de especies de plantas, animales y microorganismos. Uno de los puntos más importantes del artículo de Nature consistió en mostrar que las especies tienen reacciones muy peculiares. Si la temperatura sube, éstas deberían migrar hacia los polos, pero esto no siempre sucede. Algunas van literalmente en dirección al ecuador, y otras hacia el este o el oeste, de manera tal que no logramos prever el comportamiento de todas cuando el clima de un ecosistema se altera.

¿Algún ejemplo de eso?
-Hace 20 mil años, al final de la última edad del hielo, había un bosque de hayas y abetos en Estados Unidos, de una extensión equivalente al estado de São Paulo. Cuando el clima cambió, esas especies se desplazaron hacia regiones diferentes, y actualmente los abetos se encuentran en el norte de Estados Unidos y en el sur de Canadá; y las hayas, en el este de Estados Unidos. No existe ningún sitio en el cual las hayas y los abetos aparezcan juntos.

¿Es posible hoy en día prever qué va a suceder con cada especie?
-Es posible estimar si el impacto ocasionado por el calentamiento global sería pequeño o grande analizando el número de especies que entrarían en un ecosistema o saldrían de éste. En México, la tasa de extinción es de apenas un 3%, pero el número de especies que se mudarían de comunidad es muy preocupante. Por lo tanto, en algunos casos los efectos de los cambios climáticos pueden incluso ser menos graves de lo que se preveía, como sucedió con el pronóstico de extinción, pero otras veces han de esperarse efectos más graves.

Exploré también ese efecto en áreas planas versus áreas de montañas, para descubrir las relaciones entre los efectos de los cambios climáticos y la topología, y descubrí que las plantas de áreas montañosas pueden perder espacio con los cambios climáticos. Es el caso de los campos de altura en la cima de la Sierra da Mantiqueira, que corren peligro de desaparecer, por estar situados precisamente en la cima de la montaña. Si las zonas climáticas suben, ¿hacia dónde van los campos? Más arriba no hay nada. En las tierras planas, como en São Paulo o en la Amazonia, parece que el problema es el movimiento.

¿Podría explicar eso?
-Imagínese que estamos observando un árbol de la Amazonia. Las condiciones climáticas más adecuadas para ese árbol puede que no cambien, pero pueden desplazarse 400 kilómetros, por ejemplo. En ese caso el árbol, que no logra moverse, puede encontrarse en un sitio ubicado fuera de su clima preferido. Por lo tanto, estamos empezando a entender los efectos negativos de la alteración climática en ciertos tipos de topografía. México, Canadá, el sur de la India, Estados Unidos y ahora Brasil son las áreas en las que estamos analizando los tipos de efectos de los cambios climáticos y los impactos que pueden producirse sobre los planes de conservación.

Hemos hechos planes de preservación basados en el presente, pero los reacomodamientos ocasionados por el clima podrán ser tan severos que los patrones actuales de diversidad podrían cambiar enteramente. Al considerar los cambios climáticos, podrá surgir un cuadro totalmente diferente de prioridades de conservación. Por ejemplo, la distribución del cerrado (la sabana esteparia brasileña) en São Paulo es considerada periférica y degradada. Entretanto, los cambios climáticos pueden volver al clima del estado más propicio para el desarrollo de dicha vegetación, haciendo que los remanentes de cerrado existentes en el estado se tornen mucho más importantes para la conservación del bioma.

¿Cuál es el concepto más importante para entender los cambios ambientales?
-Para mí, la clave es entender de qué modo una especie en particular interactúa con el ambiente. Esto es lo que llamamos nicho ecológico, que es el hábitat específico en el cual cada especie vive. Hay investigadores que priorizan los procesos del ecosistema y están más interesados en estudiar el comportamiento de ecosistemas tales como el Bosque Atlántico o el río Amazonas. Pretenden saber cómo se comporta cada ambiente, como éste manipula oxígeno y dióxido de carbono y qué es lo que excreta. Tratan a cada ecosistema como si fuera un gran organismo. Un modelo no excluye al otro. Ambos son importantes y complementarios.

¿El modelado predictivo puede ayudar en otras áreas, por ejemplo en la dinámica de enfermedades? En otro artículo reciente, usted muestra de qué forma un grupo de chinches, las vinchucas triatomas, transmiten la enfermedad de Chagas…
-Cuando un organismo se instala en otro en el cual no debería estar, ocasiona una enfermedad. Si no deberían estar en nuestro organismo, nos enfermamos. Es distinto que lo que sucede con las bacterias Escherichia coli, que tienen una relación de larga data con nosotros y no causan más enfermedades. Los problemas surgen cuando encontramos un parásito extraño, como el virus de la rabia. El reservorio natural de la rabia es principalmente el murciélago vampiro, al cual el virus no causa daño, pues tiene con éste una relación antigua. Cuando el virus de la rabia infecta a los seres humanos, que no tienen esa relación antigua con el virus, nos enfermamos e incluso podemos llegar a morir. Reconstruyendo los modelos de interacción del reservorio y del vector, podemos descubrir la dinámica de la enfermedad. Luego se hace más fácil definir las áreas de riesgo.

¿Qué se necesita para aplicar el modelado al estudio de la enfermedades?
-Es necesario contar con los datos ambientales y los mapas electrónicos de clima, topografía y vegetación, el llamado sistema geográfico de informaciones, y los puntos de incidencia de la especie. Por cierto, acá en Brasil, acá en São Paulo, podemos observar una situación interesante con la leishmaniosis, una enfermedad que siempre atacaba en las áreas pobres y rurales, y de repente está convirtiéndose en una enfermedad preocupante también en áreas pobres urbanas. Además, está desplazándose hacia el sur. Estoy trabajando con Jeffrey Shaw, de la Universidad de São Paulo, para entender mejor la dinámica de esta enfermedad. Trabajo también con la gente de la Fundación Oswaldo Cruz con la enfermedad de Chagas, pero con otro grupo devinchucas.

Ese grupo de insectos es considerado una sola especie, pero existen dudas sobre ello, y mis colegas de la Fiocruz se han mostrado interesados en saber si los miembros de dicho grupo pertenecen al mismo ecosistema. Analizamos las poblaciones, que son un tanto diferentes morfológicamente, y demostramos que cada una de éstas era ecológicamente diferente. Estamos empezando a explotar los detalles de la ecología y de la geografía de las enfermedades con el objetivo de determinar las unidades correctas de gerenciamiento, para definir un programa de control de la vinchuca en la región nordeste.

¿Está surgiendo un nuevo abordaje de la ecología?
-Los fundamentos de este abordaje nacieron en 1917 con Joseph Grennel, el fundador del Museo de Berkeley. Por lo tanto éste no es nuevo, nuevos son los datos y las herramientas. Para la comunidad científica ha sido un largo proceso de aprendizaje. Cuando decidí empezar a explotar estos métodos, en 1995, envié cuatro propuestas de trabajo a la Asociación Nacional de Ciencias de Estados Unidos. Las rechazaron a todas.

¿Entonces lo peor ya ha pasado?
-Sí. La batalla por el acceso público a los datos sobre biodiversidad ya casi ha sido vencida. Hasta hace algunos años, eran poquísimos los investigadores que realmente creían que la información sobre la biodiversidad es un patrimonio que pertenece a todos. En aquella época, la idea predominante era la de restringir el acceso a la información de manera tal de resaltar la importancia de los museos. Actualmente, los que piensan así constituyen la excepción. Pero aún existe la batalla científica, que consiste en fijar esta nueva metodología de modelos de nichos ecológicos. O presentamos buenos productos científicos y las personas se convencen o fallamos. Ya no me molesta más hacer que las personas compartan los datos conmigo. Soy curador de una colección de alrededor de 100 mil aves de todo el mundo, pero la considero parte de un patrimonio mundial. Esa colección en realidad pertenece no solamente a mi institución, sino también a los países de donde los especímenes llegaron.

¿Y con relación a los límites del modelado?
-Existen límites computacionales, de tiempo y de velocidad. A mí me encantaría hacer los modelos de todo el mundo con una resolución de un metro, con mil coberturas ambientales. No existe nada que nos lo impida, a no ser la velocidad y el tiempo. En términos prácticos, existe una restricción de área para el análisis de un millón de píxeles. Ya los he hecho con 23 millones de píxeles, pero el programa queda muy lento. Estamos limitados a un millón de píxeles y entre 20 y 30 capas ambientales, pero podemos mejorar. Ricardo Scachetti Pereira, del Cria (Centro de Referencia en Información Ambiental), está ayudando a crear el DesktopGarp, una versión más amigable del Garp (Genetic Algorithm for Rule-set Prediction, o Algoritmo Genético para la Predicción Basada en Reglas), creado hace diez años por David Stockwell en la Agencia Ambiental de Australia y perfeccionado en el Centro de Supercomputadoras de San Diego.

El Garp prevé fenómenos diferentes en distribuciones limitadas y en lugares distintos, pero era muy difícil de usar. Frecuentemente nos referimos a la tolerancia fisiológica, que es la tolerancia de temperatura de una determinada especie, pero raramente podemos preguntar de qué manera esas tolerancias cambian de acuerdo con la distribución de la especie. En un trabajo con el virus ébola, utilizamos por primera vez esas nuevas herramientas y percibimos que la franja de actuación del virus era determinada en algunos lugares por la precipitación y en otros por la temperatura. El Garp nos permite una complejidad mucho mayor para caracterizar el área de incidencia de una especie. Puedo definir los parámetros de análisis, dejar a la computadora funcionando sola durante un mes y después tener 10 mil modelos de nichos ecológicos. Ningún otro programa tiene tal capacidad.

¿En qué consiste su trabajo con el Cria?
-El propósito de mi visita es desarrollar aplicaciones de interés para Brasil, en colaboración con investigadores locales. Durante estos dos meses que voy a permanecer acá, espero que por lo menos seamos capaces de hacer una buena observación del estado de São Paulo y empezar a estudiar el Bosque Atlántico y el Cerrado. El Cria ha actuado como un verdadero líder, reuniendo un conjunto de datos fantásticos sobre la biodiversidad paulista sin que haya necesidad de congregar datos físicamente en un solo lugar. Los datos permanecen en las universidades y museos, pero se integran vía internet.

¿En que punto está el SpeciesLink?
-El SpeciesLink es una red distribuida de datos, concebida en el Cria para conectar a 12 instituciones de investigación del estado de São Paulo e integrar los datos con los de otras instituciones existentes en el mundo. Cuando esté listo, en algunos años, permitirá compartir datos sobre la existencia de las especies, que es un recurso crítico que necesitamos para llevar adelante estos modelos. El grupo del Cria adaptó la tecnología del SpeciesAnalyst a las necesidades específicas de São Paulo, pero el SpeciesLink funciona también en forma independiente, con la idea de que todas las redes conversarán entre sí.

¿Cuántas redes de este tipo están funcionando en el mundo?
-Hay cinco. Una en Australia, otra en México, una tercera en Europa, el Species Link en Brasil y el SpeciesAnalyst, desarrollado en la Universidad de Kansas. Son redes muy diferentes, pero estamos en una fase de integración en la cual las soluciones convergen hacia una solución única. Considero alentador ver a personas de cinco países, incluidos algunos de los llamados países en desarrollo, conversando en pie de igualdad.

Los representantes de cada uno de éstos están colaborando en un proyecto llamado DiGIR (Distributed Generic Information Retrieval, o Sistema Genérico y Distribuido de Recuperación de Información), una tecnología en común para el futuro de las redes distribuidas de biodiversidad. En los próximos meses, la gente de México, Kansas, Berkeley, del Cria y de Australia estará completando el DiGIR, las redes podrán integrarse y el SpeciesLink podrá no solamente ver a las 12 instituciones del estado de São Paulo, sino también a las 80 del SpeciesAnalyst y a las 30 de la red mexicana. La riqueza de datos crecerá de manera significativa.

En su opinión, ¿cuáles serían las cuestiones prioritarias para Brasil en el área?
-Existen cuestiones bastante interesantes. Una de éstas, que es una prioridad mundial, es la previsión del análisis de especies básicas, que está fuertemente asociada al desplazamiento de poblaciones. Los seres humanos se están desplazando mucho más que hace 50 años. Ese movimiento lleva a que las especies también se muevan, creando así nuevos problemas. Existe un insecto, por ejemplo; el Homalodisca coagulata, que transmite la enfermedad de Pierce, causada por una de las variedades de la Xylella fastidiosa. Es originario del sur de Estados Unidos, pero invadió California, en el oeste, y se transformó en una plaga peligrosa no solamente para los árboles cítricos, sino también para las vides. Para descubrir cuál es la posibilidad de que la Xylella que ataca a las vides de California invada América del Sur, por medio de estos insectos, aplicamos los modelos en el sudeste de Estados Unidos.

¿Y que pasó?
-Del lado nativo, las pruebas fueron muy precisas. Aplicado en California, sin puntos de infestación sobrepuestos, el modelo indica una correspondencia con una estadística significativa. No solamente puede prever la distribución nativa, sino también la distribución del invasor. Proyectamos el modelo a América del Sur, preocupados con las plantaciones de cítricos del estado de São Paulo, pero los cítricos parecen no ser vulnerables a este insecto. Pero regiones como Salta, en Argentina, o incluso Río Grande do Sul acá Brasil, parecen ser bastante vulnerables.


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