Predecir las interacciones entre organismos y medio ambiente en diferentes supuestos climáticos
Los organismos están conectados termodinámicamente con su entorno a través del intercambio de calor, agua u oxígeno. Estas interacciones se pueden representar con «modelos biofísicos», que integran información sobre las condiciones ambientales y las características del organismo para predecir cómo se comportarían los organismos en cualquier entorno. Sin embargo, estos modelos no están exentos de problemas, y es necesario calibrarlos y validarlos combinando sus predicciones teóricas con observaciones empíricas. Aquí es donde entra en juego el proyecto financiado con fondos europeos SCALE(se abrirá en una nueva ventana), que cuenta con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana). «Nuestro objetivo era desarrollar un nuevo marco de modelización con el que predecir las respuestas de los animales al cambio ambiental», explica Juan Rubalcaba, coordinador del proyecto. Para lograrlo, el equipo de SCALE combinó datos interespecíficos de ecofisiología con predicciones teóricas generadas por modelos biofísicos. A continuación, se emplearon los modelos para predecir cómo deberían cambiar rasgos fisiológicos, como la tasa metabólica, en respuesta a las condiciones climáticas y se examinó si las predicciones del proyecto coincidían con las observaciones empíricas.
Los efectos del clima sobre los lagartos
Determinar si el clima modula de forma directa rasgos como el tamaño corporal, el color de la piel y la tolerancia térmica es objeto de un gran debate. A fin de comprender mejor esto, el equipo de SCALE empleó un modelo biofísico para predecir la temperatura corporal y el rendimiento fisiológico de lagartos teóricos en diferentes climas. «Después usamos el modelo para investigar qué fenotipos maximizarían el rendimiento fisiológico en cada región, simulando el efecto de la selección natural sobre el tamaño corporal, el color de la piel, la tolerancia térmica y la termorregulación», destaca Rubalcaba. El equipo del proyecto descubrió que los patrones geográficos observados para la masa corporal, la tolerancia al frío y la temperatura corporal óptima estaban relacionados significativamente con sus predicciones. «Por lo tanto, nuestros resultados(se abrirá en una nueva ventana) sugieren que el clima modula de forma directa estos rasgos a través de su efecto sobre el rendimiento térmico», agrega Rubalcaba.
Demanda y suministro de oxígeno en ectotermos acuáticos
El equipo de SCALE desarrolló un modelo biofísico para investigar la demanda y el suministro de oxígeno en peces que además tenía en cuenta los mecanismos fisicoquímicos que determinan la transferencia de oxígeno a través de la superficie de las branquias. «Empleamos el modelo para examinar la interacción entre la temperatura del agua, la disponibilidad de oxígeno, el tamaño corporal y el nivel de actividad sobre la tasa metabólica y el rendimiento fisiológico de peces», afirma Rubalcaba. El modelo predice que los animales grandes y activos tendrán una capacidad limitada para obtener el oxígeno necesario para satisfacer su demanda fisiológica en aguas más cálidas. Por lo tanto, los resultados(se abrirá en una nueva ventana) de SCALE sugieren que el calentamiento global afectará al rendimiento fisiológico, lo que acarreará en el futuro una mayor carga metabólica para los animales más grandes.
La evolución del tamaño y forma del cuerpo en murciélagos
«También investigamos cómo interactúan el tamaño corporal, el tamaño de las alas y la temperatura a la hora de determinar los costes de vuelo y los costes de termorregulación. El modelo revela que las alas grandes reducen los costes de vuelo, pero aumentan la tasa de disipación de calor, lo que a su vez aumenta los costes de termorregulación, sobre todo en climas fríos», confirma Rubalcaba. El equipo de SCALE empleó datos morfológicos de especies de murciélagos y, gracias a ello, descubrió que la relación superficie-masa de las alas evoluciona hacia una forma óptima, así como que la fuerza de la selección es mayor entre las especies que viven en climas fríos, lo que coincide con las predicciones teóricas. Los resultados(se abrirá en una nueva ventana) del proyecto sugieren que el clima influye en la evolución del tamaño corporal de los murciélagos a través de su efecto sobre la demanda energética. A partir de estos resultados, se demuestra que el clima tiene un efecto directo sobre la demanda energética y el rendimiento fisiológico que, a su vez, afectan en último término a la evolución de los rasgos fenotípicos. «Además, los modelos biofísicos permiten representar mecanismos básicos que determinan las interacciones entre los organismos y el clima y, por tanto, pueden emplearse para predecir las respuestas de los organismos al cambio climático», concluye Rubalcaba.
