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Aquí, tenochcas, aprenderéis cómo empezó

la renombrada, la gran ciudad,

México –Tenochtitlan,

en medio del agua, en el tular,

en el cañaveral, donde vivimos,

donde nacimos,

nosotros los tenochcas.

Crónica Mexicáyotl.

Ciertamente los tenochcas estaban muy orgullosos de su ciudad, pero es muy evidente que también lo estaban del agua, del tular y de todo su ambiente. Pero eso no se restringe a esta etnia; a donde miremos, los mayas, los yaqui, los purépechas y todas nuestras etnias se hicieron, se han hecho uno con su ambiente. Nosotros los mexicanos actuales deberíamos estar interesados en nuestra biodiversidad simplemente porque constituye parte fundamental de nuestro ambiente y porque de allí obtenemos una gran diversidad de materiales que nos dan sustento, nos protegen y nos brindan gran riqueza espiritual. No deberíamos necesitar más aliciente para estudiarla, pero si alguien requiere de más argumentos, podemos remitirnos a los agricultores, los ganaderos, pescadores, las recolectoras de hongos, los científicos, los economistas y toda una interminable lista de personas (incluidos nosotros), que obtenemos diversos beneficios de nuestra riqueza biológica.

Caracterización de biodiversidad

El concepto de diversidad, privado de contexto, significa variedad, disparidad; conjunto o gama de cosas distintas. Aplicado en la ciencia de la biología, se acuña el término de diversidad biológica.

En 1992, durante la Cumbre de Río de Janeiro, en Brasil, la Convención sobre Diversidad Biológica de la Agenda XXI, definió el concepto de Diversidad Biológica como "La variabilidad de organismos de cualquier fuente, incluidos, entre otras cosas, los ecosistemas terrestres y marinos y otros ecosistemas acuáticos y los complejos ecológicos de los que forman parte; comprende la diversidad dentro de cada especie, entre especies y de los ecosistemas". Posteriormente, el término diversidad biológica se sintetizó en biodiversidad.

De la biodiversidad dependen muchos de los aspectos de nuestra vida. La producción de oxígeno atmosférico, la capacidad productiva de los suelos y la conservación del agua están íntimamente ligadas al mantenimiento de la diversidad biológica. La riqueza de genes, especies y ecosistemas es la fuente de una gran cantidad de productos fundamentales para el bienestar del ser humano tales como alimento, vestido y medicamentos; del mismo modo, la riqueza cultural de nuestro planeta está íntimamente ligada a la biodiversidad, enriqueciéndose mutuamente (ver figura 1).

Figura 1. Logo del Instituto Indigenista Interamericano, que pugna por la conservación de la diversidad cultural en el área.

Niveles de biodiversidad: genético, ecológico y biogeográfico

El primer nivel, la diversidad genética es la variación existente entre distintas versiones (alelos) de las unidades de herencia (genes) de los individuos de una especie (ver figura 2). Las diferencias heredables constituyen la materia prima sobre la cual las fuerzas evolutivas (por ejemplo, la selección natural o la deriva genética) han moldeado la variada complejidad de los seres vivos. La diversidad de especies es el número de especies diferentes que conviven en un área geográfica determinada. En ocasiones, la diversidad de especies se denomina también riqueza de especies cuando se hace referencia a un grupo o taxón particular, por ejemplo, se habla de la riqueza de especies de orquídeas o de la riqueza de vertebrados. Finalmente, la diversidad ecológica es la variedad de comunidades y ecosistemas que se presentan en determinadas áreas; incluyen a las especies que los componen, los papeles ecológicos que desempeñan (procesos e interacciones) y los cambios en la composición de especies de una región a otra.

Figura 2. La diversidad genética es una medida de la riqueza de alelos de una población o especie. En la imagen podemos observar una doble rareza (por infrecuentes), un niño pelirrojo y otro de pelo oscuro observan un canguro albino y uno normal en el zoológico de Barcelona.

El nivel genético de la biodiversidad.

En temáticas previas hemos discutido algunos aspectos genéticos como los principios de Mendel y la deriva génica; pues bien, un concepto relacionado y que nos vendría bien mencionar para la cabal comprensión de este apartado, es el Acervo génico o Poza génica. El acervo génico es un concepto abstracto que se refiere a la suma de todos los genes con todos los alelos presentes en una especie o en una población. Así, si pensamos en el acervo génico de la humanidad, tendríamos todos los genes con todos los alelos presentes en la especie humana: imagina una especie de crisol que, por ejemplo contuviera todos los rasgos existentes de pelo: todos los grosores; todos los grados de ensortijamiento, desde nulo (totalmente lacio), hasta totalmente rizado; todos los colores; todas las posibles abundancias, desde muy tupido hasta muy ralito, etc. Y así para todos los rasgos, incluyendo rasgos fisiológicos y metabólicos. Pues bien, este concepto es aplicable a toda especie, de modo que podemos hablar del acervo génico del oso polar (Ursus maritimus), del acervo génico del cacao (Theobroma cacao), de la poza génica del hongo sagrado Psilocybe mexicana.

De este modo, el acervo génico de toda especie y de toda población es más o menos rico y su agotamiento o empobrecimiento pone en riesgo de extinción a la población o incluso a la especie. Debemos tener claro que si bien toda especie tiene una distribución geográfica, puede haber poblaciones relativamente asiladas del resto, por lo que no todas las poblaciones de una especie comparten la misma riqueza genética de la especie. Dada nuestra definición de biodiversidad, podemos afirmar que la variabilidad genética de las poblaciones y de las especies forma parte de la riqueza de formas de vida, y por lo tanto, forman parte de la biodiversidad.

El estudio de la diversidad de genética de las especies no es algo muy socorrido, sobre todo porque los costos son elevados; no obstante, muchos cultivos justifican el gasto, tal es el caso del maíz. En efecto, la CONABIO desarrolló un proyecto llamado “Proyecto Global de Maíces Nativos”, dentro del cual el equipo liderado por Artega (2015) estudió la variabilidad genética de 46 razas de maíz de México, así como sus afinidades a la altitud, la latitud y la longitud, encontrando una distribución geográfica como la del mapa representado en la figura 3.

Figura 3. Las 46 razas de maíz estudiadas en México por Artega y su equipo (2015), y su distribución geográfica.

Este es un interesante ejemplo que nos pone en claro dos cosas; la primera es que las diferencias entre cada raza de maíz son de tipo genético, lo cual habla de la riqueza genética de la especie, pues podemos suponer que de una variedad de semillas los humanos seleccionaron aquéllas que mejor prosperaron en cada ambiente determinado (tipo de suelo, régimen de lluvias, marcha anual de la temperatura, etc). De aquí se genera la nueva raza de maíz que tiene en su DNA codificadas las proteínas y enzimas que le permitirán explotar eficientemente cada ambiente particular. Así,cada raza tendrá adaptaciones importantes y compartidas, que les permitirán hacer frente a cada ambiente particular; pero por nuestro conocimiento de los procesos genéticos, podemos estar seguros de algo: dentro de cada raza de maíz citado, también existe variabilidad.

Desde la primera parte del siglo pasado se sabe que las especies pueden presentar una variación geográfica. Un ejemplo muy conocido es el de la serpiente ratonera, Elaphe obsoleta, la cual en su distribución en los Estados Unidos puede presentar 6 subespecies, las cuales se interfecundan en las áreas de sobrelapamiento (donde coexisten dos o más subespecies) (ver figura 4).

Figura 4. Variación geográfica de la serpiente ratonera Elaphe obsoleta en los Estados Unidos de América, la cual presenta seis subespecies que se aparean en las áreas de sobrelapamiento.

Pero existe diversidad que solo podemos atestiguar por métodos bioquímicos; por ejemplo, Lewontin y Hubby, estudiaron la variación en la composición bioquímica de ocho enzimas de Drosophila pesudoobscura, encontrando una elevada diversidad, la mayoría de las cuales, no obstante, cumplían con su función catalizadora.

Un gigantesco e involuntario experimento acerca de la variabilidad genética en bacterias ha sido realizado por la especie humana, ya que desde la aplicación comercial de los antibióticos, hemos estado seleccionando bacterias cuya carga hereditaria les permite sobrevivir en presencia de algunas de estas sustancias. Por poner un solo ejemplo, un estudio en Inglaterra revela que la resistencia de Staphylococcus aureus a la penicilina G era de 10%; tras 6 años de aplicación, la resistencia se incrementó a 60% y en la actualidad ronda el 90% (La penicilina G fue el primer antibiótico puesto a la venta en la década de 1950, aunque fue descubierta por Alexander Fleming en 1928).

Así, la diversidad genética está determinada por la homogenidad o heterogeneidad de alelos. Desde luego que existe una diversidad de razones que llevan a esta heterogeneidad u homogeneidad genética: Procesos de alta inmigración para la heterogeneidad y de aislamiento reproductivo o de cuello de botella para la homogeneidad,

Desde el punto de vista de potencial evolutivo, es mas conveniente que la población posea una relativamente alta variabilidad genética; suficiente para tener capacidad de respuesta ante los cambios en el ambiente, pero no tan alta que tenga problemas de apareamiento y/o reproducción. Ejemplos interesantes lo constituyen las especies con mayor motilidad (la motilidad se refiere a la capacidad de movimiento) como insectos alados, aves y murciélagos.

Un estudio realizado simultáneamente en los Estados Unidos y México por McCracken y asociados con el murciélago migratorio Tadarida brasiliensis mexicana arrojó como resultado una alta diversidad genética (ver figura 5). Se estudiaron hasta 38 loci polimórficos en ocho colonias durante el verano, que pasan en los Estados Unidos; y cuatro durante el invierno, que pasan en México, luego de viajar cientos de kilómetros. Se encontró una elevada riqueza genética, además de que no existe diferencia significativa en la frecuencia de los alelos estudiados para las 12 colonias. Los investigadores consideran que esta elevada heterogeneidad genética se mantiene gracias al frecuente intercambio de individuos entre las poblaciones de estos mamíferos voladores, que evita la endogamia y el aislamiento reproductivo.

Figura 5. El murciélago migratorio Tadarida brasiliensis mexicana.

El caso opuesto, con una poca variabilidad genética, puede presentar problemas de homocigocidad para alelos antiadaptativos en el ambiente local, e incluso para cualquier ambiente dentro de la distribución de la especie. Un caso estudiado es el de los leones del Ngorongoro (ver figura 6), que es una extensa llanura en el interior de un cráter en Tanzania, África. Dicho cráter es la caldera volcánica incólume más grande del mundo, con 9 a 12 kilómetros de ancho (no es totalmente circular), 670 metros de profundidad e incluye una laguna y un río. Durante cientos de años, la población de leones en el interior del cráter estuvo relativamente aislada, pero una multitud de factores han venido a acentuar esta situación de endogamia: en primer lugar, la poca inmigración que existía ha sido interrumpida debido a la colonización de las laderas externas del volcán por los Masai; en segundo lugar, en 1962 una plaga eliminó a 77 de los 87 leones que vivían en el cráter. La población se ha restablecido a partir de la endogamia de esos 10 sobrevivientes, aunque entre 1966 – 1968 hubo 7 inmigrantes y uno mas en 1993. Ni un solo inmigrante más desde entonces. Para empeorar las cosas, en la década de 1990 murieron más leones debido a algunos brotes de la enfermedad, probablemente por contacto con los perros de los Masai.

Debido a ello, actualmente todos los individuos son familiares. El resultado es una baja diversidad genética, una alta anormalidad espermática, elevada mortalidad de crías por malformaciones, así como un elevado porcentaje de individuos susceptibles a infecciones. Los investigadores están actualmente tratando de introducir leones de otras localidades que aporten un flujo genético fresco. En efecto, las autoridades del Tanzania National Parks, junto con el Prof. Craig Packer, están escogiendo cuidadosamente leones (principalmente hembras), de otras zonas externas al Ngorongoro para incrementar la variabilidad genética en la población local y evitar así su extinción.

Figura 6. Leonas en el Parque Nacional Ngorongoro.

Lo anterior nos lleva a concluir que la diversidad genética es importante, pero su resultado, el fenotipo o características apreciables de los individuos, es lo definitorio para los procesos evolutivos. Con esto, lo que queremos decir es que existen manifestaciones genéticas que permiten una mayor adaptación al ambiente reinante, pero también existen otras que pueden ser antiadaptativas o letales, así como neutras. De modo que la condición de homocigosis o heterocigosis por lo general no resulta de procesos aleatorios, sino que en muchos casos pasa por el tamiz de la selección natural.

Para redondear esta idea de la biodiversidad genética, debemos recordar dos cosas:

La primera, es que la diversidad de todas las especies en cuanto a la aparición de alelos nuevos está determinada por las mutaciones, aunque la recombinación y el entrecruzamiento proveen de combinaciones nuevas de los alelos ya existentes en las especies con reproducción sexual.

La segunda, tiene que ver con el resultado de la diversidad genética, ya que la presencia de diversos alelos en cada gen, brinda a las especies una gran plasticidad, debido a que ante un ambiente discontinuo y cambiante, las poblaciones poseen diversas manifestaciones fenotípicas que pueden llegar a tener éxito en microambientes específicos. La conclusión es que la diversidad genética de las poblaciones les permite mayores posibilidades de persistir ante eventualidades ambientales.

El Nivel Ecológico de la Biodiversidad

Como acabamos de ver, el nivel genético de la biodiversidad está relacionado con la población, y por lo tanto con las especies, pero el siguiente nivel propuesto en nuestro Programa Indicativo da un gran salto y pasa al nivel genético, que obviamente incluye a la comunidad y al ecosistema. De manera que para abordar dicha temática lo haremos de esa manera: revisaremos primero la comunidad y algunas de sus propiedades emergentes, y luego haremos lo propio con el ecosistema.

La Comunidad. La definición más amplia de comunidad es "conjunto de poblaciones que coexisten en tiempo y espacio". La comunidad tiene una serie de atributos que no son propios de cada especie particular y únicamente tienen sentido con referencia al nivel de organización de la comunidad. Tradicionalmente, se han mencionado cinco propiedades emergentes que son:

1. Diversidad de especies. Da respuesta a una de las primeras preguntas que surgen al estudiar la comunidad: ¿Qué especies de plantas y animales viven en ésta comunidad en particular? Esta lista de especies es una medida simple de la riqueza de especies, o diversidad de especies.

2. Forma de crecimiento y estructura. Podemos describir el tipo de comunidad mediante categorías mayores de formas de crecimiento: árboles, arbustos, hierbas y musgos. Más aún, podemos detallar las formas de crecimiento en categorías tales como árboles de hoja ancha y árboles con hojas en forma de aguja. Estas distintas formas de crecimiento determinan la estratificación, o capas verticales de la comunidad.

3. Dominancia. Podemos observar que no todas las especies en la comunidad son igualmente importantes al determinar su naturaleza. A pesar de los cientos de especies que puedan estar presentes en la comunidad, relativamente pocas ejercen una mayor influencia en su control, debido a su tamaño, cantidad o actividades. Las especies dominantes son aquéllas que tienen un gran éxito ecológico y que determinan en gran medida las condiciones bajo las cuáles las especies deben crecer.

4. Abundancia relativa. Es una medición de la proporción relativa de las diferentes especies en la comunidad.

5. Estructura trófica. Este punto responde a la pregunta ¿Quién se come a quién? Las relaciones de alimentación de las especies en la comunidad determinará el flujo de materia y energía desde los vegetales, a los herbívoros y a los carnívoros.

Los cinco atributos pueden presentar cambios temporales o espaciales y con frecuencia tales cambios son de tipo evolutivo, presentándose el proceso de sucesión, que implica el desarrollo de comunidades de gran estabilidad, denominadas comunidades clímax.

Los estudios de la comunidad difícilmente pueden ser muy completos; la gran dificultad para estudiar todas y cada una de las especies presentes, así como sus relaciones, hace que prácticamente todo estudio de la comunidad sea parcial.

Por ejemplo, en un estudio de comunidad realizado en una zona de reforestación en la Sierra del Ajusco , rodeado por un Bosque Aciculifolio (con hojas en forma de aguja). La composición florística del bosque incluye diversas especies de pino: Pinus montezumae, P. hartwegii, P. patula y P. radiata, así como ciprés (Cupressus sp.) y abeto (Abies religiosa).

En la zona de pastizal, predominan las gramíneas Mulhenbergia macroura y Stipha ictize, encontrándose además algunos arbustos de la familia de las compuestas como Bacharis glutinosa, así como algunas plantas anuales.

Entre la fauna, se encuentra una gran diversidad de insectos, reptiles como lagartijas del género Sceloporus, serpiente de cascabel enana (Sistrurus sp.) y zencoate (Pituophis depei) (ver figura 7). Entre las aves, se encontraron diversas canoras, corredoras, columbiformes y depredadoras: Dendrortyx barbatus, D. Macroura, Colinus virginianus, Pipilo torquatus, Vireo manus y Tyto alba.

Figura 7. Lagartija de collar (Sceloporus torquatus) y zencoate (Género Pituophis depei),ambos reptiles, miembros de la comunidad de reptiles del Ajusco Medio.

Entre los mamíferos, se cita al lince (Lynx rufus), comadreja (Mustela frenata), zorrillo (Mephitis macroura), mapache (Procyon lotor), conejo castellano (Sylvilagus floridanus), conejo de los volcanes (Romerolagus diazi), así como diversos roedores.

El trabajo estuvo dirigido a estudiar la comunidad de roedores en el pastizal, de los que se registraron 5 especies: ratón de los volcanes (Neotomodon alstoni), metorito (Microtus mexicanus), ratón de campo (Peromyscus maniculatus), ratón orejudo (Reithrodontomys megalotis) y ratón casero (Mus musculus). Durante un muestreo en verano, se obtuvieron los datos de la tabla 1.

Tabla 1. Número de ratones de 5 especies distintas registrados durante una semana de observación durante el verano en un área de 14400 m2 en la Sierra de Ajusco.

Desde un punto de vista estricto, se trata de una sola comunidad, puesto que todas las especies coinciden en tiempo y espacio; no obstante, por comodidad, los ecólogos pueden fácilmente referirse a tres comunidades: el bosque aciculifolio, la zona de pastizal y la comunidad de roedores (forma de crecimiento y estructura). La dominancia es clara en los tres casos: en el bosque las especies dominantes son los pinos; en el pastizal, Mulhenbergia macroura domina por su tamaño y abundancia; y en la comunidad de roedores las dos especies más dominantes son Microtus mexicanus y Neotomodon alstoni.

Finalmente, entre los depredadores encontramos al búho, al lince, la comadreja, la serpiente de cascabel, zencoate, lagartija y ocasionalmente zorrillo y mapache. Entre los herbívoros, tenemos al resto de las aves, así como los demás mamíferos (estructura trófica).

Como puede inferirse, variaciones relativamente pequeñas en la diversidad de especies, así como en su abundancia, provocaría variaciones considerables en la comunidad. Se llega incluso al extremo (bastante cercano a la realidad), de afirmar que no existen dos comunidades idénticas.

Nivel de ecosistemas. Un ecosistema es la unidad funcional en la cual la energía y los nutrientes fluyen entre el medio físico (abiótico) y una comunidad de organismos (medio biótico). Los componentes abiótico y biótico interactúan entre sí produciendo una interdependencia compleja que mantiene al ecosistema en un equilibrio dinámico. Una alteración pequeña en uno de los factores puede romper este equilibrio y causar una perturbación en todo el ecosistema.

Es fácil darnos cuenta de cómo los factores abióticos pueden influir en la comunidad biótica; frecuentemente las bajas o altas temperaturas matan a muchos organismos, también lo causa un incendio en el bosque, o un ciclón que destruye los árboles en una selva. Pero en realidad la relación es en ambos sentidos y, los organismos pueden producir cambios en el medio abiótico, así como también el medio abiótico los afecta a ellos. Por ejemplo, la atmósfera terrestre originalmente no tenía oxígeno libre, pero cuando aparecieron los primeros organismos fotosintéticos empezaron a producir oxígeno que gradualmente fue suministrado a la atmósfera y, de esta manera, los organismos fotosintéticos alteraron las condiciones primitivas de la atmósfera en forma tan drástica que el oxígeno pasó de ser inexistente en forma libre en la atmósfera a una concentración actual de 21 por ciento.

Las plantas también contribuyen a modificar el ambiente mediante la formación y fertilidad del suelo; las selvas densas regulan la humedad ambiental, la temperatura y la cantidad de luz que puede alcanzar el suelo; además generan una considerable cantidad de oxígeno producto de la fotosíntesis, que tiene importancia planetaria.

El flujo de energía y los componentes del ecosistema ya han sido estudiados en el curso de Biología II, de modo que no son tema de discusión en esta asignatura. Los aspectos que nos interesa abordar están relacionados con la riqueza de ecosistemas en el planeta. Una manera de abordarlo puede ser imaginando que desde fuera del planeta pudiésemos seguir las trazas del metabolismo; es decir, tener una medida del metabolismo en el planeta, y con esa información trazar un mapa tridimensional de la distribución de las formas de vida en la Tierra. Por supuesto que ese mapa sería la biósfera, la que podemos definir como “la capa de la Tierra donde existen seres vivos”; pero esa capa no es homogénea. En efecto, si consideramos la corteza terrestre, tenemos que algunos organismos viven exactamente sobre la superficie; algunos permanecen en el aire, volando durante horas cada día; otros viven bajo la superficie, llegando a extremos impresionantes, como unas bacterias recién descubiertas (ver figura 8), que miden de 20 a 150 nanómetros, lo que las convierte en los seres vivos más pequeños del planeta, y que viven a unos 5.5 Km. bajo la superficie del suelo, soportando temperaturas de hasta 169 °C. Debemos considerar además que la superficie continental no es plana, sino que es bastante irregular, encontrando elevaciones que, como en el caso del Everest llegan a alcanzar casi 9 Km. sobre el nivel del mar.

Figura 8. Estos nanobios, las células más pequeñas conocidas en el planeta, amplificados aquí 20 000 veces, viven entre roca arenisca sólida extraída de casi 5 km bajo el suelo oceánico de Queensland, Australia; miden entre 20 y 150 nanómetros de longitud (un nm equivale a 10-9 metros (un mm = 10-3 m)) y soportan temperaturas de hasta 170 °C.

Por otra parte, si consideramos las masas acuáticas, tenemos que muchas especies viven en ella a profundidades variables. Algunos viven casi en la superficie; otros un poco por debajo; otros en aguas medias; unas más viven pegados al fondo, incluso en los más profundos abismos oceánicos a unos 11 Km. de profundidad; algunos más viven enterrados bajo el fondo marino, e incluso algunas viven en ambientes donde surge lava volcánica del interior del planeta o hidrocarburos gaseosos que estos organismos utilizan para obtener la energía necesaria para mantenerse con vida e incluso crear ecosistemas basados en energía no luminosa.

Como una confirmación de que nuestros conceptos son correctos, estamos de acuerdo en que en todos estos ambientes existen unidades funcionales que denominamos ecosistemas, y en todos encontramos comunidades interactuando con el ambiente no vivo; asimismo, podemos ubicar los niveles tróficos que conocemos (productores, consumidores y desintegradores). De este modo, toda esa capa de vida que es la biosfera está integrada por un complicado mosaico de ecosistemas, todos ellos con cierta interdependencia y todos únicos e irrepetibles.