Una ecuación para medir el límite térmico de los seres vivos
La herramienta predice el impacto del calentamiento global en animales y plantas. Es parte de una investigación internacional en la que participa la Universidad de Granada
Todo surgió una noche cuando, tras impartir una charla académica en Dublín, Ignacio Peralta Maraver, investigador del Departamento de Ecología y de la Unidad de Excelencia Modeling Nature (MNat) de la Universidad de Granada (UGR), se reunió en un pub local con tres colegas científicos. “Después de la segunda o tercera cerveza“, recuerda, y en medio de una conversación sobre la naturaleza térmica de los procesos biológicos –es decir, de cómo algunas de las funciones vitales más importantes de los seres vivos dependen directamente de la temperatura–, al grupo se le ocurrió una idea potencialmente revolucionaria: ¿y si, pese a la enorme diversidad de la vida, el efecto del calor sobre todos los organismos pudiera describirse con una sola ecuación matemática?
La reflexión de los investigadores fue la siguiente: ¿por qué, allí donde se observe la naturaleza, se repite siempre el mismo patrón térmico del rendimiento biológico? Independientemente del organismo, la relación entre temperatura y rendimiento parece invariable: a bajas temperaturas, los procesos biológicos funcionan lentamente; a medida que los organismos se calientan, su desempeño sube de forma progresiva hasta alcanzar un punto óptimo. Pero si la temperatura continúa aumentando, colapsa de forma abrupta, provocando el fallo fisiológico o la muerte.
El estudio revela que muchos organismos operan ya cerca de su temperatura óptima y que, si sube, colapsarían
“Eso nos llevó a preguntarnos si no existiría una ley universal detrás de todo esto”, añade Peralta Maraver. A continuación, se pusieron a formular ecuaciones, primero en una servilleta y luego en pizarras y ordenadores, para desarrollar una fórmula universal que permitiese predecir el impacto de la temperatura en los seres vivos.
Cuando consiguieron dar con una ecuación que unificaba todos los modelos de medición parciales existentes –la llamaron la “curva universal de rendimiento térmico (UTPC, por sus siglas en inglés)”–, decidieron ponerla a prueba reuniendo más de 30.000 medidas de rendimiento térmico de 2.700 especies: desde bacterias creciendo, plantas fotosintetizando, insectos volando, lagartos corriendo en una cinta o tiburones nadando en el océano.
“Al principio estábamos algo nerviosos, pero quedamos completamente sorprendidos por lo bien que el modelo explicaba los datos de miles de experimentos”, cuenta Andrew Jackson, investigador del Departamento de Zoología del Trinity College de Dublín y otro de los autores del estudio, publicado recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
“A pesar de miles de millones de años de evolución, nuestro estudio muestra que prácticamente todas las formas de vida siguen estando notablemente limitadas por esta regla que determina cómo la temperatura influye en su capacidad de funcionar”, añade Nicholas Payne, también del Trinity College de Dublín y quien, junto a Peralta Maraver, contribuyó a dar explicación biológica a muchos de los resultados matemáticos del estudio, los cuales recayeron sobre todo en Jean-François Arnoldi, de la Estación de Ecología Teórica y Experimental del CNRS en Moulis, Francia, y en Andrew Jackson.
Implicaciones ecológicas
Una de las conclusiones más importantes es que muchos organismos ya están operando cerca de su temperatura óptima, lo cual es peligroso porque tan solo pequeños aumentos adicionales de temperatura pueden provocar un colapso rápido de su actividad biológica. “Esto tiene implicaciones planetarias”, afirma Peralta Maraver. “Por ejemplo, la producción primaria de las plantas está determinada por la temperatura, y se espera que subidas adicionales provoquen descensos abruptos en la actividad fotosintética”, continúa.
Por ejemplo, si se calientan más las plantas, se esperan bajadas abruptas de su actividad fotosintética
La investigación no aborda cuánto debería subir el termómetro para que se produzca ese colapso, pero el modelo desarrollado por sus autores permite realizar ese cálculo. El siguiente paso, precisa Peralta Maraver –quien ha recibido una beca Marie Curie de la Comisión Europea con una dotación de 245.000 euros para investigar el efecto del calentamiento global en los organismos–, será aplicar la ecuación para definir los límites térmicos del nicho de cada especie.
Ya inmersos en un nuevo estudio, los investigadores trabajan concretamente en utilizar su modelo para predecir cómo el calentamiento global afectará a la producción de materia orgánica a escala de ecosistemas en todo el planeta.
La curva universal de rendimiento térmico proporciona un marco analítico que permite anticipar cuándo y dónde los organismos estarán fuera de su rango de tolerancia, algo importante ya que el cambio climático no es homogéneo y algunas regiones y sistemas se ven más afectados que otros. Las zonas tropicales, por ejemplo, albergan organismos que ya viven cerca de su óptimo térmico, puntualiza el investigador de la UGR, por lo que pequeños incrementos pueden tener efectos devastadores. “Este modelo permite cuantificar cuánto margen le queda a una población antes de colapsar y detectar excepciones al patrón general, que son clave para entender procesos adaptativos. Es una herramienta fundamental para avanzar hacia una ecología verdaderamente predictiva”, afirma.