De mapes, espècies i clima

Els mapes són una eina clau per ecòlegs i naturalistes. Quin és el seu origen? Quines aplicacions poden tenir? Els fenòmens que estudia l'ecologia tenen una base geogràfica important, depenen de l'entorn espacial on es produeixen. Per això, les tècniques cartogràfiques en combinació amb la computació i les grans bases de dades, ens poden ajudar a estudiar, per exemple, la relació entre el clima, el llegat de l'ésser humà i la distribució actual de les espècies.

Per a Luciana i Gerard.

L'any 2009, la professora Pilar Utrillo i el seu equip van donar a conèixer el descobriment, en una cova de Navarra, d'una pedra del Paleolític en què havia gravats una sèrie de traços. Aquesta pedra, es va convertir en la primera representació cartogràfica realitzada per humans (Figura 1). Es tracta d'una il·lustració de muntanyes, rius i guals amb una raonable utilitat per a les partides de caça. El significat d'aquesta curiosa pedra és més afí als ecòlegs -  situant la localització de recursos en un entorn natural - que als cartularis medievals, la principal finalitat dels quals era orientar els viatgers i en última instància definir àrees d'influència política o comercial.

La cartografia detallada d'orografia, costes i masses d'aigua, així com de vies de comunicació, va aconseguir la seva plenitud en els segles XIX i XX. En aquesta època, es va constituir en una eina bèl·lica i de domini territorial imprescindible, tal com va reconèixer l'il·lustre geògraf Yves Lacoste. Per la seva banda, els naturalistes aviat van utilitzar els mapes per descriure grans unitats de vegetació i per interpretar-les. Alexander von Humboldt va publicar en el seu Geographie der Pflanzen, en 1807, un icònic diagrama - Naturgemälde - de la distribució de la vegetació en els vessants del volcà del Chimborazo, que es considera la primera descripció ecològica del paisatge vegetal (fig. 2). Des del segle XIX, la botànica i la zoologia han vingut interpretant la distribució de les espècies en el territori, desenvolupant la disciplina de la corologia. Per a això, es realitzaven cartografies dels llocs en què s'havien trobat els espècimens, i s'interpretaven els patrons, donant una particular rellevància als processos històrics i evolutius. Va sorgir la Biogeografia, una important disciplina a cavall de la història natural, l'evolució i l'ecologia, que tracta de la distribució espacial d'espècies i taxons, al costat de la interpretació dels processos que els han generat.

Els avenços tecnològics - per exemple, la capacitat de computació i la disponibilitat de sensors remots - i el desenvolupament dels Sistemes d'Informació Geogràfica (SIG), han ampliat enormement possibilitats de representar el món. Aquesta informació, que pot cobrir amb gran detall tota la superfície de la Terra, s'ha connectat amb altres fonts precises d'informació, constituint el conglomerat dels big data. A les àrees urbanes aquestes possibilitats s'estan desenvolupant de forma exponencial, sota l'etiqueta de smart cities. El món rural també està incorporant aquesta tecnologia en la gestió de cultius i granges. No obstant això, sense pretendre qüestionar la utilitat de trobar la benzinera més propera, o una ruta en una ciutat desconeguda, l'ús indiscriminat d'aquestes tecnologies pot fer-nos pujar un pic de muntanya deixant d'interpretar els detalls del paisatge que ens envolta. Per a un naturalista o un ecòleg aquest no és un detall menor, encara que siguem usuaris assidus d'aquestes eines.

Estimació de la relació entre el clima i la distribució de les espècies

Definitivament, l'ús de la informació en una base cartogràfica s'ha popularitzat. Per exemple, la majoria de nosaltres mirem en els nostres mòbils la previsió del temps per a qualsevol població del món a uns dies vista. Probablement no som molt conscients dels algoritmes que hi ha darrere, i en particular que una part important dels inputs que rebem no correspon a informació real sobre el terreny, sinó que es tracta d'interpolacions. Encara no sabem tot de qualsevol lloc en tot moment - i segurament, la naturalesa complexa i caòtica del món evitarà una situació tan inquietant com tediosa, com intuïa J. L. Borges en els seus contes-. És a dir, tenim informació veraç d'uns quants punts i amb certs càlculs obtenim estimacions de valors de qualsevol altre punt que es trobi entre ells. Aquestes estimacions seran millors com més coneguem l'entorn entre els punts i la seva relació amb la variable mesurada. Per exemple, si volem una estima de la pluja i sabem que aquesta depèn de l'altitud, podrem millorar la predicció de pluja entre dues estacions meteorològiques (que proporcionen valors reals) si incorporem les dades d'elevació orogràfica que hi ha entre aquests dos punts.

Tècnicament es parla d'estimar la idoneïtat climàtica d'un punt geogràfic per a una determinada espècie. Així podem obtenir estimacions de com serà la idoneïtat climàtica d'un territori per a una espècie en un escenari de canvi climàtic si fem el càlcul amb els valors climàtics que esperem en el futur. És important comprendre que no prediem on trobarem l'espècie en el futur, sinó que obtenim una estima, amb evidents incerteses, d'en quins llocs el clima serà més o menys idoni per a les espècies.

Aquest procediment es pot aplicar a la informació ecològica que té una base geogràfica, com és la distribució de les espècies. Els botànics i zoòlegs disposen de bases de dades amb la localització geogràfica de tots les mostres reportades per a cadascuna de les espècies. Aquesta informació no és igualment completa en totes les regions del món, però en les zones més prospectades es tracta d'una valuosa font de coneixement. D'altra banda, disposem de cartografies que informen de característiques ambientals - sovint utilitzant interpolacions -, algunes d'elles com el clima, amb una gran significació a l'hora d'explicar els processos ecològics. El següent pas és correlacionar matemàticament les cites de les espècies amb les variables ambientals. Així veiem quins valors climàtics es donen en les localitats on s'han trobat les espècies (Figura 3).

Un cop tenim aquestes funcions matemàtiques, podem estimar la probabilitat de presència de les espècies per a qualsevol valor climàtic. Tècnicament es parla d'estimar la idoneïtat climàtica d'un punt geogràfic per a una determinada espècie. Així podem obtenir estimacions de com serà la idoneïtat climàtica d'un territori per a una espècie en un escenari de canvi climàtic si fem el càlcul amb els valors climàtics que esperem en el futur. És important comprendre que no prediem on trobarem l'espècie en el futur, sinó que obtenim una estima, amb evidents incerteses, d'en quins llocs el clima serà més o menys idoni per a les espècies.

Esta aproximación es útil de cara a la conservación de las especies. Por ejemplo, se puede estimar la distancia que tendrían que recorrer las especies desde su localización actual para encontrar unas condiciones climáticas idóneas en el futuro. No obstante, además del clima, hay otros condicionantes que explican la distribución de las especies y que deberemos tener en cuenta. Por ejemplo, en el caso anterior, las distancias que se han de recorrer para encontrar unas condiciones futuras idóneas no representan lo mismo para las especies si hay una buena conectividad en el territorio o si predomina un paisaje fragmentado.

Llegat històric de l'activitat humana en la distribució de les espècies

Evidentment, aquest procediment - conegut com a models correlatius, de nínxol, o de envelope - té limitacions. Per començar, la base de cites pot estar esbiaixada si hi ha zones que han estat més prospectades. Més important encara és que la distribució de les espècies no depèn només del clima, sinó que són importants altres variables ambientals, com el tipus de sòl per als vegetals o el tipus de vegetació per a molts animals. La distribució de les espècies també depèn de la seva capacitat de dispersió, és a dir, no es troben en un lloc per molt idoni que sigui si encara no han estat capaces d'arribar. Això il·lustra la importància del llegat històric, que no queda reflectit en les variables climàtiques. Segurament el principal agent d'aquest llegat és l'activitat humana.

Els humans han traslladat espècies, voluntària o involuntàriament, per tot el territori al llarg del temps, alhora que eliminaven altres, ja fos per sobreexplotació, perquè es consideraven perjudicials, o senzillament per afavorir altres espècies.

Hi ha qui afirma que la distribució de les espècies forestals a Europa s'explica millor per la gestió històrica que per qualsevol altra causa. En un estudi que vam publicar amb en Pep Serra i Trevor Keenan fa uns anys, vam observar que els models predeien certa idoneïtat climàtica per al pi blanc en localitats del sud-est de la península Ibèrica on altres models basats en la fisiologia de l'espècie ho descartaven. L'explicació és que les repoblacions de l'últim segle han forçat el creixement d'aquesta espècie en llocs molt poc propicis. Per contra, els models fisiològics mostraven que el pi blanc podia créixer bé en localitats del nord peninsular, on en realitat no es troba, segurament, perquè altres espècies més adaptades creixen millor i l'exclouen. Algunes d'aquestes limitacions poden ser minimitzades utilitzant diferents tècniques de tractament de les dades o diferents algoritmes de càlcul. No obstant això, cal ser conscients d'elles i reconèixer que estem davant projeccions estadístiques i no de prediccions futures reals.

Idoneïtat climàtica per a diferents poblacions i espècies en episodis de sequera extrema

Tot i aquests problemes, aquestes tècniques permeten millorar la caracterització dels requeriments climàtics de les espècies. Durant molts anys, aquesta caracterització s'ha basat en unes categories - per exemple, espècies mediterrànies, eurosiberianes, etc. - que combinaven clima i regió geogràfica i que eren adjudicades per naturalistes amb experiència. Aquestes categories es segueixen emprant de forma habitual, tot i que probablement en un futur siguin reemplaçades per quantificacions més o menys detallades. Així es podrà dir, per exemple, que una localitat és climàticament idònia per a una espècie amb un valor determinat en una escala de 0 a 1. Això té el gran avantatge que permet estandarditzar la manera com espècies que conviuen en un lloc experimenten de forma diferent les mateixes condicions climàtiques causa de les seves pròpies característiques fisiològiques. En un context de canvi climàtic, això és important per estimar el comportament de les diferents espècies d'una comunitat.

En una sèrie d'estudis en matollars mediterrànies que han experimentat un important decaïment per causa de períodes de sequera, hem comprovat que les espècies són més vulnerables quan la seva idoneïtat climàtica és menor a la localitat afectada.

Les condicions específiques de la sequera també poden ser incorporades en els models, i així podem obtenir valors d'idoneïtat climàtica durant l'episodi de sequera per a les diferents espècies. De fet, sol passar que aquests valors són molt baixos, la qual cosa indica que les plantes que sobreviuen a l'episodi ho fan gràcies a les reserves acumulades o l'accés a microambients amb una mica més de disponibilitat d'aigua. En aquest estudi vam poder observar en temps real com, en comunitats vegetals, els episodis extrems de sequera actuen com un filtre ambiental que afavoreixen aquelles espècies més habituades a climes àrids. Això és així fins i tot en ecosistemes com els mediterranis, ja de per si amb un període de fort estrès hídric.

D'altra banda, en altres estudis en què es comparava la variació de la idoneïtat climàtica d'una mateixa espècie d'arbre al llarg de la seva distribució, Pinus edulis al SW d'Amèrica del Nord (Figura 4), es va observar una major vulnerabilitat de les poblacions sotmeses a la combinació d'una baixa idoneïtat climàtica durant el període de sequera i una alta idoneïtat en els anys anteriors. Per tant, fins i tot les poblacions que viuen en bones condicions climàtiques poden veure's afectades per la major variabilitat inherent al canvi climàtic, i en concret, pels períodes de forta sequera. Els models climàtics ens indiquen que esperem que aquests episodis de sequera, al costat dels de pluges torrencials, seran més freqüents i intensos en el futur en moltes regions, com la mediterrània. Algun estudi recent estima que, si actualment la meitat de la pluja anual cau en 12 dies de mitjana per a tota la Terra, en un futur no llunyà només es necessitaran 6 dies per a tenir aquest mateix percentatge. La raó del comportament d'aquestes poblacions de P. edulis, és que han experimentat una aclimatació a bones condicions climàtiques, implementant estructures o vies metabòliques que, per contra, les fan més vulnerables quan els recursos escassegen - per exemple, construint uns vasos conductors amplis que optimitzen el flux d'aigua, però que els fa més vulnerables a l'embolisme-. Fàcilment podem aplicar aquestes situacions a les societats humanes, que en temps d'abundància generen dependència de recursos, la qual pot ser catastròfica en períodes d'escassetat.

Aquest tipus d'aproximació que considera la idoneïtat climàtica és susceptible de ser aplicada a diferents processos ecològics en els quals el clima té una incidència directa en el comportament de les espècies. És el cas de les plagues forestals, en les quals les condicions de sequera fan més vulnerables als arbres enfront de l'atac d'insectes perforadors - com els escolítids - en disposar de menys recursos per a la seva defensa. Al seu torn, l'atac d'aquests insectes fa més vulnerable als arbres davant de la sequera, en disminuir les seves superfícies fotosintètics i les seves reserves - és el que passa també amb insectes defoliadors com la processionària -. De fet, en poblacions de pi roig de Catalunya s'ha observat que les poblacions que viuen en condicions climàtiques idònies, poden ser particularment vulnerables als atacs d'escolítids del gènere Ips quan aquestes localitats són climàticament favorables per als insectes.

Dimensió espacial de l'Ecologia

L'ecologia ha reconegut sempre que els fenòmens que estudia són molt dependents de l'entorn espacial en què es produeixen. El desenvolupament de les tècniques cartogràfiques en combinació amb la computació i les grans bases de dades han fet possible respondre a qüestions que fa uns anys semblaven inabordables. És ben sabut que l'avanç de la ciència es beneficia de la fertilització entre disciplines. Però hem de ser conscients de les limitacions que comporta aquest transvasament entre camps del coneixement, ja que sovint implica simplificacions, com quan s'accepten premisses poc contrastades. La capacitat per incorporar en les nostres anàlisis múltiples casos d'un determinat fenomen, mostra la dificultat per aplicar explicacions genèriques sense considerar el llegat històric i el context espacial. Les grans teories de la Física ens inciten a indagar els principis universals, però aquesta mateixa disciplina ens ensenya a través de l'estudi dels sistemes complexos, la necessitat de considerar la complexitat espacial i temporal dels fenòmens ecològics.