Matemáticas para anticipar el colapso de los ecosistemas

Un millón de especies están en peligro de extinción, de acuerdo con estimaciones de la Organización de las Naciones Unidas (ONU), lo que ha generado alertas sobre la pérdida masiva de biodiversidad y el colapso de ecosistemas.

La situación es respaldada por el informe Planeta Vivo (2024), elaborado por el Fondo Mundial para la Naturaleza (WWF) en colaboración con la Zoological Society of London, al reportar que, en los últimos 50 años, la fauna salvaje se ha reducido casi tres cuartas partes: 56% de las especies marinas, 69% de las especies terrestres y 85% de las especies de agua dulce.

La biodiversidad no sólo comprende la aparición y abundancia de especies, sino la información genética, la distribución de especies en diferentes regiones, la variación de ecosistemas y los procesos ecológicos, como el ciclo de nutrientes, entre otros.

En este sentido, el equipo de trabajo del Dr. Marco Tulio Angulo, investigador del Instituto de Matemáticas de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), trabaja en la predicción o anticipación del colapso de sistemas ecológicos, a través de modelos matemáticos que permiten identificar especies censoras.

«Utilizamos herramientas matemáticas para identificar especies censoras, las cuales funcionan como una señal de alerta ante el colapso de un ecosistema. Desarrollamos herramientas matemáticas para entender sistemas ecológicos y controlarlos».

El proyecto busca determinar un conjunto mínimo de especies censoras y, posteriormente, monitorearlo para anticipar el colapso de alguna parte de un ecosistema. El verdadero reto, explica el investigador, es identificar las especies correctas.

Una alternativa es utilizar análisis matemáticos, a partir de los cuales son construidos modelos y predicciones para conocer cuáles son las especies que deben monitorearse. «En este contexto, las matemáticas sirven para hacer predicciones de cómo conservar la biodiversidad: qué especies hay que monitorear para saber que la biodiversidad permanece razonablemente bien».

Para conocer la estructura de un ecosistema es necesario pensar en éste como en una lista de piezas, es decir, indagar sobre las especies que lo forman y cómo es que interactúan entre sí. «¿Qué especies de animales están ahí? Conejo, lobo, rata… toda la lista completa; y, luego, ¿cuáles de esas especies interactúan con otras? Esencialmente, es lo hace un ecólogo de campo».

Desde una perspectiva visual, el Dr. Angulo explica que un ecosistema puede representarse como una red social, que permite ver cómo se relacionan las especies. «La misma estructura la puedes utilizar para el ecosistema, en lugar de personas, son especies animales y en lugar de amistades, son interacciones. Por ejemplo, el hecho de que una abeja fue se pose sobre una flor».

A partir de ello, el equipo de investigación determina qué nodos de toda la red necesitan monitorearse para anticipar un colapso del ecosistema, es decir, cuáles animales o plantas deben vigilarse, ya que hacerlo en todas sería complejo y costoso.

Existen especies que no informan sobre lo que sucede en un ecosistema, mientras que otras son más sensibles y pueden alertar si algo está fallando, no solamente en ellas, sino en otras especies en lugares apartados.

Una de las características principales de los modelos matemáticos utilizados es la síntesis de información. Lo que se observa en la naturaleza son ecosistemas particulares, las matemáticas buscan encontrar generalidades.

En palabras del Dr. Angulo, «la idea central del proyecto es representar cualquier ecosistema como una red y, luego, predecir qué hay que cuidar, qué hay que monitorear. En este sentido, lo que permite hacer las matemáticas es la síntesis de información compleja en predicciones muy puntuales sobre qué es lo que hay que monitorear».

Poder identificar especies censoras a través de su estructura y sus interacciones es una noticia positiva, ya que no es necesario conocer todos los detalles del ecosistema para poder monitorear y anticipar su colapso.

Con base en estudios actuales, el investigador universitario comenta que los efectos económicos y el interés humano son los factores que están afectando la biodiversidad. «No son solamente los ecosistemas, sino cómo los humanos interactuamos con ellos. Un factor muy importante que decide cómo interactuamos es el dinero con ellos, las motivaciones económicas».

Construir modelos matemáticos permite predecir qué factores cuidar, cómo responder para mantener la biodiversidad y saber qué tan cerca estamos de alcanzar un umbral crítico, tras el cual, la biodiversidad no podría recuperarse.