Saturday, July 12, 2014

La Complejidad en los Socio-Ecosistemas III: Lo de Newton.. no es para esto

Hace unos días se publicó en la revista ciencias este artículo. El artículo habla como las teorías ecológicas pueden explicar lo que estamos viviendo como sociedad. Esta es la segunda de cuatro partes que serán publicadas aquí. 

Durante los principios de los noventa, otro holandés analizaba las relaciones de los lagos a partir de los resultados de sus paisanos y de otros colegas, pero desde el ángulo de sistemas complejos. Marten Scheffer desarrolló un modelo para describir lo que estaba sucediendo en estos lagos, utilizando variables agrupadas en la cantidad de nutrientes en el agua, la cantidad de algas, de zooplancton y de peces. Los resultados de estos modelos cambiaron la bases de la limnología. Los modelos sugirieron que los lagos tienen una dinámica bi-estable en lo que se refiere a la columna de agua. En otras palabras, que el agua de los lagos o es establemente turbia o transparente. Scheffer utilizó a los nutrientes (agrupo a todos los nutrientes en una bolsa) como variable de perturbación que estaba relacionada con la relación de depredación entre las algas (todas las especies de algas) y el zooplancton (todas las especies de zooplancton). El cambio en los lagos entre un punto estable y otro es muy repentino y por ello le denominó “cambios catastróficos” (un apelativo un poco dramático para una teoría científica). 

Modelos posteriores sugieren que no sólo existen dos puntos de estabilidad sino que pueden existir muchos. Un análisis más profundo sobre las respuestas que existen en estos modelos también han ayudado a estudiar la estabilidad de los puntos, o la velocidad de los cambios en la dinámica. En los últimos años se ha buscado predecir que tanto se puede perturbar un ecosistema sin que cambie de estabilidad. En otras palabras, queremos saber que tan cerca estamos del cambio catastrófico cuando estamos perturbando el ecosistema. De todos estos análisis se popularizó la palabra resilencia del ecosistema, a tal grado que los políticos que la utilizan en cada uno de sus discursos cuando hablan de ecología, pero es difícil asegurar que entienden el concepto.

En este campo han ido evolucionando los términos en pocos años. Al cambio catastrófico de un sistema estable a otro se le nombra ahora transición crítica. En la profundización en este tipo de modelos ha generado una nueva línea de investigación en ecología, la de comprender a los ecosistemas como sistemas complejos que pueden presentar dinámicas no lineares y que explican lo poco predecibles que pueden llegar a ser.

Comprender el funcionamiento de los ecosistemas como sistemas complejos también ha ayudado que la sociedad comience a darse cuenta que la relación entre humanos y ecosistema no es mono-direccional, por el contrario es bi-direccional. En la conciencia social ahora existe la idea empírica de que el afectar a la naturaleza tiene consecuencias, pues tarde o temprano la dinámica generada a partir de esta perturbación nos afecta en la vida cotidiana. En otras palabras, hasta hace unos años se pensaba que existía una relación lineal y por lo tanto en el manejo de recursos se podía aplicar una suerte modificada a la tercera ley de Newton: a toda acción hay una reacción inversamente proporcional y en sentido contrario. Por ejemplo, si se construye una carretera, se afectan sólo unos cuantos metros al ecosistema (el número de metros de asfalto que se colocan) que, comparados con la cantidad de hectáreas de toda la cuenca es mínima. La “acción” de una carretera tendría una “reacción” del ecosistema mínima, que además estaría subsanada con un programa de reforestación impulsada por la constructora.  

Las catástrofes recientes en Guerrero y de hace unos años en Chalco y Tláhuac por los huracanes y tormentas tropicales sugieren que esta lógica está errada. A pesar de que la mayoría de las construcciones siguieron estas reglas, plantando al menos tres árboles por cada uno de los destruidos, el ecosistema ha reaccionado muy diferente a las lluvias torrenciales. En la época de lluvias, gran parte del agua se infiltraba al subsuelo pues los árboles y pasto funcionan como barreras y esponja a la vez. Con árboles en medio el agua que llegaba a las zonas bajas era mucho menos y con menor velocidad. El agua llega ahora en mayor cantidad y con mucho mayor velocidad debido a que en lugar de estos árboles hay concreto que disminuye la fricción del agua y evita que se infiltre al subsuelo. En cuanto a los árboles reforestados por las compañías, aún cuando todos sobrevivieran (algo que nunca sucede), la gran mayoría de las veces no se encuentran ni siquiera en la cuenca donde los otros árboles fueron talados. Por lo tanto, la dinámica del ecosistema en ese lugar cambió dramáticamente en época de lluvias a pesar de que la cantidad de árboles talados fuera muy poca comparada con todo el bosque que hubiera alrededor. 

La estela de destrucción que dejó el huracán Katrina en Nueva Orleans, es quizá el ejemplo mejor documentado sobre el fracaso de esta en la ley newtoniana distorsionada que los manejadores de recursos naturales tienen de los ecosistemas. En esa ciudad, la urbanización del delta del Mississippi (con todas las reglas ecológicas que pueden imprimir en las leyes norteamericanas) llevó a la destrucción de la ciudad en solo unos días. Este desastre ha llevado a replantear el manejo de esa ciudad. Los nativos del estado de Louisiana en Estados Unidos y de Guerrero en México han aprendido que la naturaleza está basada en dinámicas no lineales, por lo que su respuesta puede ser completamente impredecible en el mediano plazo, aún cuando se conozcan la mayoría de sus componentes.

Sunday, June 29, 2014

La Complejidad de los Socio-Ecosistemas II: El Australiano del Caos Poblacional

Hace unos días se publicó en la revista ciencias este artículo. El artículo habla como las teorías ecológicas pueden explicar lo que estamos viviendo como sociedad. Esta es la segunda de cuatro partes que serán publicadas aquí. 


Para solucionar la primera fuente de incertidumbre, los ecólogos de ecosistemas se han abocado a reducir el número de variables. Un lago somero, por ejemplo, podrá tener de 3 a 10 especies de peces, unas 10 a 15 especies de plantas, no menos de 25 especies de algas, otras tantas de zooplancton y crustáceos y no se diga de insectos. Si uno pretendiera modelar una por una las interacciones entre cada una de estas especies, la cantidad de ecuaciones sería inmanejable. Aún cuando uno se atreviera a correr el conjunto de ecuaciones apoyado en el poder actual de las computadoras, los productos de los modelos serían muy poco claros, por lo que no sería posible generar una predicción factible. Así que los modelos serían inútiles. 

Uno de los primeros grandes logros en este tipo de estudios fue el de  darse cuenta que hay variables (ciertas especies o ciertas interacciones entre especies) que no son muy relevantes, pues el ecosistema sigue funcionando de manera muy parecida estén o no estén dentro del sistema. Por ejemplo, en los lagos hay especies que independientemente de su presencia el agua estará igualmente transparente. Pero un cambio muy pequeño en ciertas especies, o sus interacciones, provoca que todo el ecosistema modifique su dinámica. Desde hace ya varios años se han detectado estas especies a las cuales se les puede llamar especies clave a otras  ingenieros ecosistémicos. Es en estas especies en lo que hay que basar las ecuaciones cuando se quiere generar un modelo que prediga la dinámica del lago. También se dieron cuenta que existen especies que se comportan de manera muy similar y que por lo tanto se pueden agrupar como si fueran una. A este grupo de especies se les denomina especies funcionales, también se les llama trofo-especies si ocupan el mismo nicho trófico. En los últimos diez años, las investigaciones basadas en especies funcionales se han intensificado mucho en la ecología de plantas, y recientemente se está moldeando la teoría sobre especies funcionales en animales como los peces. 

Para generar estas clasificaciones se tiene que comprender al ecosistema a fondo, así que la experiencia de un naturalista es también decisiva para construir correctamente estos modelos. Es por ello frustrante que después de mucho trabajo y tiempo dedicado a estudiar y comprender un ecosistema, existan variables que surjan de la nada (como los camarones holandeses) y modifiquen todas las predicciones que se tenían realizadas. Pero así son las reglas en la ciencia, y es justo estos resultados contrarios a las hipótesis los que promueven la base de las grandes teorías. 

Con este tipo de resultados en la biomanipulación y con la idea de reducir el número de variables que interactúan, los ecólogos comenzaron a fijarse en las relaciones no-lineares que estas interacciones generaban. De hecho, los ecólogos se comenzaron a fijar en este tipo de dinámicas unos 20 años antes. En los setentas Sir Robert May, un australiano que posteriormente se fue a vivir a Inglaterra y ahora es asesor del gobierno británico, había descubierto que las dinámicas caóticas en los modelos climáticos también aparecen en la ecología. Durante la primera parte de su carrera May trabajo en el modelo de crecimiento poblacional. Un modelo muy sencillo con tres pocas variables (el número de organismos inicial, su la tasa de crecimiento, y la capacidad de carga de la población) puede generar dinámicas caóticas con sólo ir aumentando la tasa de crecimiento por arriba del valor de 3.


Si pueden existir dinámicas caóticas utilizando tres variables en una sola población sin incluir interacciones ¿que se puede esperar de múltiples especies con diferentes interacciones que están sujetas a cambios en el ambiente? Esto en lugar de ser un problema que agobie a los ecólogos ha sido una oportunidad magnifica para desarrollar teoría sobre sistemas complejos en ecología.

Sunday, May 25, 2014

La Complejidad de los Socio-Ecosistemas I : La Revancha del Camarón Holandés

Hace unos días la Revista Ciencias publicó el artículo que estaré entregando en cuatro partes en las siguientes semanas. este artículo. El artículo habla como las teorías ecológicas pueden explicar lo que estamos viviendo como sociedad. 


Lago Wolderwijd en Holanda
Un experimento que comienza con la meta de pescar más de 400 toneladas de un lago en quince días suena ambicioso. Pero los holandeses se caracterizan por ser ambiciosos y en 1990 decidieron sacar el 75% de la biomasa de peces del lago Wolderwijd (los holandeses también se caracterizan por usar palabras impronunciables para nombrar sus lagos). 

El experimento buscaba entender las bases de la biomanipulación que es una técnica utilizada para restaurar ecosistemas. La biomanipulación consiste en modificar la estructura de la red trófica acuática con el fin de reducir las cantidades de algas que son las que hacen que el agua de un lago se vea verde y que a nadie le gustan (excepto a los asiduos visitantes a los lagos de Chapultepec que reman dentro de una sopa de chícharos sin que eso les importe). Contrario a la teoría tradicional que sugiere que lo verde de las algas sólo se podía reducir quitándoles su “alimento” (el fósforo), estos investigadores buscaron reducir a las algas aumentando a sus depredadores (el zooplancton), para ello la táctica fue quitar a los depredadores del zooplancton: los peces. 

Lago de Chapultepec
El proyecto funcionó muy bien durante la primavera de 1991, el agua estaba transparente, pocas algas y mucho zooplancton, pero para el verano el experimento ya era un desastre. El agua estaba verde y la cantidad de zooplancton era muy baja. La explicación es que había llegado el nuevo rey, un camarón nativo que también devoraba zooplancton. La cantidad de camarones había aumentado pues su depredador la perca (un pez también nativo) había sido una de las especies pescadas dentro del programa de biomanipulación. Libre de depredadores el camarón holandés podría crecer a sus anchas en este lago.


Percas que se comían a los camarones

Este resultado mostró a muchos investigadores que los sistemas ecológicos son complejos, y que no siempre aparecen las respuestas esperadas, aún cuando uno comprenda todas las variables que regulan un sistema. Pero hablar de sistemas poco predecibles no era nuevo, ya desde los sesentas Edward Lorenz en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT en ingles) había descubierto la complejidad del clima utilizado una de las computadoras más poderosas del momento. Lorenz se dio cuenta que aún cuando un modelo fuera muy completo para predecir el clima, era imposible obtener una predicción precisa, puesto que un cambio muy pequeño (menor a una milésima) en la parte inicial de una variable del modelo generaba respuestas inesperadas en el resultado final. Este modelo fue la piedra angular de lo que hoy conocemos como la teoría del caos. Desde entonces sabemos que el clima que tenemos hoy está regulado por dinámicas caóticas, que son poco predecibles pero es no significa que sean al azar. 
Camarón Holandés que vino por la revancha

De este tipo de resultados se basan las investigaciones que hoy se conocen como dinámicas no lineares. Para saber que son estas dinámicas es más fácil definir las dinámicas lineares que son aquellas en las que su resultado es directamente proporcional a las variables que la conforman; si las variables aumentan un poco, el resultado aumenta un poco. En las dinámicas no lineares, el resultado de un grupo de ecuaciones no es directamente proporcional. Así, un cambio muy pequeño en las variables de una ecuación, puede generar cambios gigantescos en la respuesta, o viceversa: un cambio muy grande en las variables explicativas puede no afectar la respuesta en lo más mínimo.  

Así, cuando se busca predecir el resultado de un fenómeno sumergido en un sistema complejo (como un ecosistema) se tiene que enfrentar a cuando menos dos fuentes de incertidumbre. Por un lado, la gran cantidad de variables que generan un sinnúmero de interacciones (algunas inesperadas como la de los camarones en el lago holandés); y por otro, el comportamiento no linear que tienen estas interacciones.

Entonces ¿que se puede hacer para comprender a los ecosistemas? Parte de la respuesta se encuentra en las siguientes publicaciones.


Sunday, April 27, 2014

Inaugurar dos veces la misma inutilidad

En abril del 2009 Marcelo Ebrard inauguró una planta potabilizadora de agua en la Magdalena Contreras  que a la fecha no funciona (Aquí la historia: Inaugurando Inutilidades). 

La planta no servirá para lo que fue construida pero es muy útil para las inauguraciones. En noviembre del año pasado, el Jefe de Gobierno Miguel Angel Mancera anunció que la va a inaugurar... de nuevo. Hizo el anuncio inaugurando otra planta de de tratamiento, en este caso para aguas residuales (Ver nota aquí).

Cuando funcionan, las plantas de tratamiento potabilizadoras (como la que se va a inaugurar al menos dos veces), se utilizan para terminar de limpiar agua, pues proviene de pozos y de ríos sin contaminación). El agua que sale de esas plantas es útil para consumo humano. Es el agua que llega a nuestros tinacos. 

Por su parte las plantas de tratamiento de aguas residuales (como la que inauguró Mancera en noviembre) son útiles para limpiar el agua de deshecho de las casas y las industrias, con el fin de que esa agua se utilice para riego. De las 25 plantas que opera el SACMEX, la más importante es la de Cerro de la Estrella que está en Iztapalapa y que limpia más del 70% del agua que entra a todas las plantas de tratamiento. El agua que sale de esta planta se distribuye en todo el sur para los cultivos principalmente en Xochimilco y Tláhuac y hasta el Estado de México. 

Algunas plantas de tratamiento de agua las opera el gobierno federal, otras el gobierno local y otras las compañías privadas, como las refresqueras, cerveceras o las constructoras. 

Las constructoras incluyen plantas de tratamiento en las casas y departamentos puesto que la ley obliga a tener medidas de mitigación en sus obras. Las constructoras se desentienden del mantenimiento cuando terminan de vender sus casas y la mayoría de ocupantes no están dispuestos a pagarlo, así que muchas de estas plantas de tratamiento no funcionan. El maquillaje verde funciona muy bien, pues la constructoras anuncian sus departamentos y casas con plantas de tratamiento aún cuando no estén operando.

Las refresqueras y cerveceras construyen sus plantas de tratamiento puesto que esto es más barato operarlas que pagar al gobierno el impuesto que generan sus residuos. Lo que no sabemos es si a la sociedad le conviene este trato y si existe algún tipo de seguimiento de que las plantas estén funcionando propiamente. 

En el DF todas las plantas de tratamiento (potabilizadoras o de aguas residuales) funcionan por debajo de su capacidad y muchas de ellas se inauguran pero no nunca han funcionado (como la que Mancera va a inaugurar). Por ello, existe un tercer tipo de plantas de tratamiento: Las plantas mampara. No sirven para limpiar el agua, pero son muy útiles para inaugurarlas. Este “GreenWashing” es muy útil pues da la oportunidad de inaugurar múltiples veces, pues siempre está nueva y nunca se ha usado.

Pero el agua no reacciona a las apariencias sino a los hechos. Las plantas de tratamiento son muy necesarias, y construirlas pero no operarlas no sólo es un derroche de dinero, también nos afectará en el largo plazo. No sabemos cuanto benefician las inauguraciones a los políticos o aumentan las ventas de las constructoras, pero es obvio que no evitan la crisis de agua de esta capital

Thursday, April 10, 2014

Los árboles del DF

Jacaranda en Coyoacán
Estos días de entre marzo y abril donde las jacarandas y los colorines de la ciudad cambian los el estado de ánimo de los capitalinos son un buen momento para hacer un recuento de los árboles que hay en la zona urbana del DF. Lo hago ahora antes de que los terminen por talar las constructoras o el mismo gobierno para hacer supervías, departamentos de lujo o metrobuses, ya debemos más de 350 mil y no hay para cuando comencemos a pagar esa deuda

Los árboles son muy importantes para la calidad de vida de los citadinos. Quizá por ello están dentro de las lista de las tres cosas que tiene que hacer un ser humano: tener un hijo, escribir un libro y plantar un árbol

Bosque de árboles urbanos en la Cantera de la CU
Lo árboles dan sombra, debajo de ellos uno puede sentarse a descansar, pensar, platicar. Los arboles son grandes filtros de la contaminación del aire. Entre más árboles hay en la ciudad menos enfermedades respiratorias tienen sus habitantes. Los árboles ayudan a la infiltración el agua de lluvia y detienen inundaciones. Los árboles son también compañeros de vida en las buenas y en las malas (ver un ejemplo aquí).

Los árboles proveen de hogar a los animales. Hoy por la mañana, mientras sobrevivía al cambio de horario armado con mi café, observaba la copa de la jacaranda de frente a mi casa y conté nueve aves de cinco especies diferentes, que discutían, convivían y comían ahí entre ese mar púrpura de flores.
Árbol y "progreso"

Los árboles también son seres vivos y tienen su fisiología. Los árboles tiran sus hojas y sustancias pegajosas (como la jacaranda antes de florecer o los sauces llorones), en su búsqueda de agua sus raíces pueden romper banquetas, sus ramas pueden tirar los cables de luz. Todo eso hace que muchos capitalinos odien (no hay otra palabra) a los árboles y sueñen con adquirir una motosierra para talarlos. Pero sin los árboles la ciudad sería un sartén de asfalto que cualquier lluvia la inundaría y todos estaríamos de peor humor (aunque creamos que eso es imposible).

Todos los defectos atribuidos a los árboles pueden ser solucionados con una buena planeación (lo se… la planeación es algo que no se da mucho en el DF… pero sí existe). Los árboles rompen las banquetas porque les dejan muy poco espacio para que sus raíces absorban agua. En esta necesidad de darle más espacio a los autos, las jardineras de los árboles se han reducido al tamaño de sus troncos. Cuando llueve, el agua no llega a las raíces que están cubiertas de cemento, y para obtenerla las raíces tienen que abrirse paso. En cuanto a las ramas tirando los cables de luz (esa obra de la estética que la CFE decidió que todo citadino tiene que admirar cuando voltea para el cielo), en realidad es una justa defensa del árbol por el paisaje. Tristemente, la venganza de la CFE es desproporcionada y mutilan y deforman a los árboles para que sus ramas no puedan estar cerca de sus bellas obras de arte. Si la CFE comenzara por poner el cableado por abajo, quizá tendríamos árboles sanos y cielos limpios de cables. Que tiren hojas es problema para una sociedad que se ha comprado el discurso de la asepsia en nuestro entorno. Sus hojas se pueden utilizar para composta.

Tríptico de la conabio puedes bajarlo aqui
La CONABIO publicó una guía sobre los árboles más comunes en la Ciudad de México. De las 50 especies de árboles más comunes en la ciudad sólo 18 son de México. El resto vienen de todo el mundo, cinco de Africa, 13 de Asia, siete de Australia, cuatro de Norteamérica, tres de Sudamérica y dos de Europa. Suman más de 50, pero es porque varias especies se comparten entre regiones. Las dos de Europa, por ejemplo, una la comparte con Norteamérica y la otra con Asia. 

Araucarias (foto: plantrescue.com)
En esta guía no aparecen ni el palo loco y ni el ahuejote puesto que ambos normalmente no forman parte del mobiliario arbóreo urbano sino paisaje de Xochimilco y del Pedregal de San Ángel. La guía muestra las dos especies de eucaliptos que dominan muchos camellones. 

Flores de Colorín. Foto: http://lamantiscomunicadora.wordpress.com/

También están el colorín y la jacaranda (el primero mexicano y la segunda sudamericana) que compiten por ver quien da más flores en estas fechas con el Palo Loco. La araucaria es típica de Sudamerica pero la especie que tenemos en el DF es Australiana, los cipreses y el sauce llorón que vienen de Asia y hasta el Ginkgo con sus hojas de abanico, que es un árbol japonés muy especial en la tradición nipona. En México había uno en el parque de La Bombilla, pero que durante mucho tiempo ha sufrido de la ignorancia de las autoridades y los embates de los peseros y desconozco si vive todavía. 


Ginkgo biloba (foto: http://www.rohrsnursery.com)
Los árboles en la Ciudad tienen varios enemigos. Ya hablamos de los vecinos y de la CFE. Otros enemigos son los parásitos dentro de los cuales destaca el muérdago. El muérdago es una planta que crece encima de las ramas y va chupándole la sabia al árbol. Muchas veces es como una enredadera. No es que haya más muérdago que antes o que las aves (que son los dispersores naturales) se hayan reproducido de más. La explicación más plausible de que haya más muérdago es que al igual que los humanos, los parásitos (como el muérdago) se expanden más cuando el hospedero (los árboles) están con mucho estrés.
Muérdago Foto: http://dehesadelosalcotanes.blogspot.mx
Muerdago Foto: http://www.laserranianatural.com

Existe mucha información interesante sobre los árboles de la Ciudad de México en una pequeña guía como ésta (puedes bajarla aquí). Los invito a usarla pues sería bueno que todos nos diéramos cuenta que los árboles que hay a nuestro alrededor, aunque nos duelan los ojos al ver tanto cable de luz surcando el cielo.