Dinámica de la distribución de especies en un clima cambiante

Abstract

Antecedentes Cada vez hay más pruebas de que el cambio climático en curso está dando lugar a una huella global de cambios sistemáticos en la distribución de las especies, y se estima que son 2,5 veces mayores de lo previsto anteriormente. En particular, han surgido una serie de hipótesis comúnmente articuladas según las cuales se espera que las especies desplacen sus distribuciones a latitudes o elevaciones más altas y a profundidades mayores en respuesta al cambio climático, lo que refleja una suposición subyacente de que las especies se desplazarán a lugares más fríos para seguir los cambios espaciales de la temperatura. Sin embargo, muchas especies no están demostrando desplazamientos del área de distribución coherentes con estas hipótesis, porque las especies no se mueven necesariamente a lo largo de los gradientes lineales de temperatura. Sus distribuciones están influidas por muchos factores interconectados, como las precipitaciones, los cambios en el uso del suelo, las barreras físicas, los rasgos de las especies, la dinámica de las poblaciones, las especies invasoras, las interacciones entre especies y las condiciones microclimáticas. Entender cómo cambia la distribución de las especies en respuesta al cambio climático es enormemente complejo. Para explicar eficazmente la variabilidad observada en los cambios del área de distribución de las especies es necesario, en primer lugar, que el método utilizado para detectar los cambios de distribución impulsados por la dinámica natural de la población de los cambios impulsados por fuerzas externas (climáticas o no climáticas). Objetivos Considerando detenidamente todos los retos conocidos, esta tesis se pregunta hasta qué punto son apropiados los métodos que se utilizan habitualmente para detectar los cambios en la distribución de las especies y ofrece una síntesis actualizada de los estudios sobre cambios en el área de distribución relacionados con el clima. El objetivo principal de esta tesis es explorar las incertidumbres asociadas a los datos y métodos utilizados para medir la dinámica del área de distribución de las especies. Los objetivos específicos son los siguientes: en primer lugar, evaluar los estudios sobre cambios de distribución relacionados con el clima para identificar la solidez de las inferencias que vinculan estrechamente los cambios de distribución con los cambios climáticos (capítulo I). En segundo lugar, explorar el papel del clima, la cobertura del suelo y el efecto aleatorio en los distintos tramos de la distribución de las especies (capítulo II). En tercer lugar, desarrollar una plataforma para cuantificar las múltiples dimensiones del cambio climático (capítulo II). En cuarto lugar, cuantificar la exposición de la distribución global de las especies amenazadas a las múltiples dimensiones del cambio climático y del uso del suelo (Capítulo IV). Metodología Para evaluar la solidez de los métodos que relacionan los cambios de distribución con el clima, se revisaron 240 informes científicos y se clasificaron en función de criterios sencillos relacionados con las normas mínimas que deberían exigirse para atribuir los cambios de distribución al cambio climático. Los criterios se referían a si los cambios de distribución observados se comparaban con expectativas aleatorias, si los factores multicausales se examinaban en igualdad de condiciones y si los estudios proporcionaban suficiente documentación para permitir su repetición. Para el segundo objetivo, y con el fin de explorar los mecanismos que subyacen a los cambios de distribución de las especies, utilicé la dinámica histórica del área de distribución entre los datos de la distribución observada de 82 aves reproductoras en Gran Bretaña frente a tres modelos alternativos: modelos de cambio climático, en los que se asumía que las distribuciones cambiaban tras los cambios climáticos; modelo de cambio de la cobertura del suelo, en el que se asumía que las distribuciones de las especies cambiaban tras los cambios de la cobertura del suelo; y un modelo nulo que, manteniendo las mismas cantidades de cambios de distribución observados (expansiones y contracciones), aleatorizaba la dirección de los cambios. Para facilitar la modelización de la complejidad de los cambios climáticos, esta tesis desarrolló el paquete R "Climetrics" para descubrir múltiples dimensiones del cambio climático. En este paquete R se implementaron seis métricas de cambio climático ampliamente utilizadas utilizando los métodos de los artículos publicados. Las seis métricas del cambio climático desarrolladas en esta tesis son: 1) Anomalías locales estandarizadas; 2) Cambios en la probabilidad de extremos climáticos locales; 3) Cambio en el área de climas análogos; 4) Climas nuevos; 5) Cambio en la distancia a climas análogos, y 6) Velocidad del cambio climático. Para cuantificar la exposición de la distribución de las especies amenazadas al cambio climático y de uso del suelo Para cuantificar la exposición de la distribución de las especies amenazadas al cambio climático y de uso del suelo, en esta tesis se trazaron diez riesgos a partir de cinco dimensiones del cambio climático y cinco transiciones de uso del suelo y se compararon los patrones resultantes con los patrones de diversidad entre las especies amenazadas de anfibios, aves, mamíferos, reptiles y plantas. A continuación, se calculó la proporción de especies amenazadas que se vieron afectadas por las múltiples dimensiones del cambio climático y de uso del suelo. Resultados Los resultados del capítulo (I) revelaron que sólo el ~12,1% de los estudios comparan los cambios de distribución en múltiples direcciones, el ~1,6% distinguen los patrones observados de las expectativas aleatorias, el ~19,66% examinan los factores multicausales y el 25% no proporcionaron suficientes datos y resultados para permitir su replicación. La comparación de los desplazamientos del área de distribución observados con las proyecciones derivadas de los tres modelos alternativos del capítulo (II) reveló que los determinantes de los desplazamientos del área de distribución de las especies eran aparentemente variables en cada una de las cuatro secciones predefinidas del área de distribución. Mientras que los bordes posteriores de las especies de distribución septentrional se han desplazado de forma coherente con las proyecciones de un modelo basado en el clima, los desplazamientos en el borde anterior de las especies de distribución meridional llevan una huella más fuerte del cambio de la cubierta vegetal. Por el contrario, los cambios en los bordes de ataque de las especies de distribución septentrional y en los bordes posteriores de las especies de distribución meridional, es decir, las distribuciones en los extremos norte y sur de Gran Bretaña, no difieren de lo esperado por el azar. La cartografía de los riesgos derivados de las múltiples dimensiones del clima y del uso del suelo (capítulo IV) muestra que el 10% de las especies amenazadas a nivel mundial se enfrentan a un riesgo extremadamente alto tanto por el cambio climático como por el de uso del suelo durante el último siglo. En general, las especies amenazadas en el Caribe y América Latina, así como en el sudeste y el sur de Asia, fueron las más expuestas a las amenazas concurrentes. Conclusión A pesar de los reiterados llamamientos a una mejor integración de los múltiples impulsores, los estudios sobre los cambios de área de distribución relacionados con el clima son en su mayoría univariantes y unidireccionales. En general, los resultados demuestran que deberían considerarse mejoras sustanciales en las evaluaciones de la biodiversidad bajo el cambio climático. En los capítulos de esta tesis se fomenta el diseño de estudios que tengan en cuenta los múltiples impulsores en igualdad de condiciones y los métodos adecuados de detección de patrones en los estudios sobre los cambios del área de distribución. La tesis también analiza la exposición de la distribución global de las especies amenazadas a múltiples riesgos asociados a la complejidad del cambio climático y al cambio histórico del uso del suelo en el último siglo, con un patrón espacial desigual en todo el mundo. Esta tesis ofrece un indicio del estándar de buenas prácticas necesario para evaluar los cambios de distribución relacionados con el clima. Las investigaciones futuras deberían tratar de ampliar las facetas del cambio de la biodiversidad que se tienen en cuenta en las evaluaciones de calidad y esforzarse por llegar a un consenso sobre las normas necesarias para aumentar la solidez de las pruebas de los impactos del cambio climático en la biodiversidad, al tiempo que se desarrollan directrices detalladas que ayuden a aumentar la solidez, la transparencia y la reproducibilidad de las evaluaciones.