Por primera vez se ha demostrado, en sistemas biológicos con una sola especie, que pueden surgir dinámicas impredecibles similares al caos bajo condiciones externas completamente constantes.
Tales dinámicas, por ejemplo, las fluctuaciones en la densidad de población, ocurren incluso sin interacciones con el medio ambiente o con otras especies. Esto puede explicar por qué ha evolucionado una diversidad tan enorme de especies en nuestro planeta. Si, contrariamente a las suposiciones anteriores, diferentes especies y linajes evolutivos están sujetos a dinámicas caóticas irregulares en sí mismos, nunca se encuentran al mismo tiempo con el mismo número de individuos. Dado que la competencia directa entre especies se vuelve rara, pueden coexistir y evolucionar durante períodos de tiempo mucho más largos.
El estudio, realizado por científicos de las universidades de Colonia y Osnabruck, ha aparecido en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). La biodiversidad se refiere a la variedad de vida en todos los niveles, desde los genes hasta los ecosistemas completos. Abarca procesos evolutivos, ecológicos y culturales. No se trata solo de especies que consideramos raras, amenazadas o en peligro de extinción, sino de todos los seres vivos, desde humanos hasta organismos de los que sabemos poco, como microorganismos, hongos y pequeños invertebrados.
La biodiversidad es una parte esencial de nuestras vidas. Además de mantener la estabilidad de nuestro propio hábitat, también contribuye a la satisfacción de muchas necesidades humanas básicas, incluso como alimento, y sirve como proveedor de energía o como base para medicamentos. Además, la biodiversidad es importante para la polinización y dispersión de semillas y para el control de plagas agrícolas. La alta biodiversidad es un requisito previo para la regulación del clima. Los ciclos de nutrientes y la purificación de agua potable y aguas residuales también requieren una gran diversidad de organismos. Actualmente, la humanidad está destruyendo la biodiversidad a un ritmo alarmante. Una cuarta parte de todas las especies se consideran amenazadas.
Este estudio, que involucró al grupo de investigación del profesor Dr. Hartmut Arndt, en el Instituto de Zoología de la Universidad de Colonia, investigó los mecanismos que han llevado a la diversidad de especies en nuestro planeta y lo que debemos considerar para garantizar que estos mecanismos continúen siendo efectivos. Arndt y su equipo han estado estudiando los procesos dinámicos de la coexistencia de especies como base para los procesos evolutivos en organismos modelo durante muchos años.
Usando experimentos de laboratorio y datos de modelos, los científicos han demostrado por primera vez que la dinámica desigual en el número de individuos en una población puede afectar significativamente la coexistencia de especies incluso al nivel de un solo tipo de célula sin impulsos externos. La importancia de las fluctuaciones en las densidades de población y el caos determinista (comportamiento aparentemente caótico aunque las condiciones subyacentes parezcan predecibles) se ha discutido durante varias décadas como un factor importante en la diversidad de especies en los sistemas biológicos naturales.
Los dos investigadores doctorales Johannes Werner y Tobias Pietsch del equipo de Arndt ahora han demostrado que, contrariamente a las expectativas, las evoluciones de los sistemas con una sola especie en un flujo continuo de medio nutritivo exhiben dinámicas que no son sencillas, incluso mostrando características de caos determinista. Es decir, se producen fluctuaciones impredecibles en el número de individuos incluso en condiciones bastante constantes y sin interacciones entre diferentes especies o condiciones ambientales fluctuantes. Estos datos se complementaron con un estudio de modelado realizado con el teórico Frank Hilker en la Universidad de Osnabrück. «El modelo bastante simple y general que desarrollamos para el análisis del ciclo de división celular exhibe un notable rango de comportamiento dinámico», dice en un comunicado Johannes Werner, primer autor del estudio. El fenómeno observado tiene consecuencias fundamentales para comprender los procesos evolutivos porque la coexistencia potencial de especies o linajes celulares en competencia en abundancia cambiante es una base importante para la alta biodiversidad en la Tierra.
«Permitir estas fluctuaciones es esencial para proteger la biodiversidad y sus funciones. Las reservas naturales, por ejemplo, deben ser lo suficientemente grandes como para que los altibajos naturales en el número de individuos de una especie no conduzcan a la extinción completa y garantizar la supervivencia de la especie, incluso en condiciones climáticas extremas», explicó Hartmut Arndt.
