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21.1: El valor de la biodiversidad

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    Objetivos de aprendizaje
    • Definir la biodiversidad.
    • Distinguir entre ecosistemas, especies y diversidad genética, explicando el valor de cada uno.
    • Definir y proporcionar ejemplos de servicios ecosistémicos.
    • Distinguir entre la riqueza de especies y la uniformidad de especies.
    • Explicar la importancia de los puntos críticos de biodiversidad e identificar las características de las especies endémicas.

    Biodiversidad es un término amplio para la variedad de vida en la Tierra. Tradicionalmente, los ecologistas han medido la biodiversidad tomando en cuenta tanto el número de especies como el número de individuos de cada especie. Sin embargo, los biólogos ahora miden la biodiversidad en varios niveles organizacionales, incluyendo ecosistemas, especies y diversidad genética. Esto enfoca esfuerzos para preservar los elementos biológica y tecnológicamente importantes de la biodiversidad. La biodiversidad es importante para la supervivencia y bienestar de las poblaciones humanas porque tiene impactos en nuestra salud y nuestra capacidad de alimentarnos a través de la agricultura y la recolección de poblaciones de animales salvajes.

    Diversidad de Ecosistemas

    Medir la biodiversidad a gran escala implica medir la diversidad de ecosistemas, el número de diferentes ecosistemas en la Tierra o en un área geográfica así como sus abundancias relativas (Figura\(\PageIndex{1}\)). La pérdida de un ecosistema significa la pérdida de las interacciones entre especies y la pérdida de productividad biológica que un ecosistema es capaz de crear. Un ejemplo de un ecosistema ampliamente extinto en América del Norte es el ecosistema de las praderas (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las praderas alguna vez abarcaron América Central del Norte desde el bosque boreal en el norte de Canadá hasta México. Ahora están casi desaparecidas, reemplazadas por campos de cultivo, pastizales y expansión suburbana. Muchas de las especies sobreviven, pero el ecosistema enormemente productivo que se encargó de crear nuestros suelos agrícolas más productivos ya no está. Como consecuencia, sus suelos ahora se están agotando a menos que se mantengan artificialmente a un gran costo.

    Exuberante vegetación en la selva tropical, incluyendo musgo, plantas bajas con hojas anchas y árboles pequeños.
    Una pradera ondulada con nada más que pasto marrón alto hasta donde el ojo puede ver
     
     
    Figura\(\PageIndex{1}\): La variedad de ecosistemas en la Tierra, desde la selva tropical (arriba) hasta la pradera (fondo), permite que exista una gran diversidad de especies. Imagen superior de Frank Vassen. Imagen inferior modificada de Jim Minnerath, USFWS.

    La productividad del suelo descrita anteriormente es un ejemplo de un servicio ecosistémico. Estos son los productos y procesos asociados a los sistemas biológicos que son directa o indirectamente de inmenso valor para el bienestar de las personas. Algunos servicios ecosistémicos son procesos como la regulación del clima, las inundaciones y las enfermedades. El ciclo de nutrientes, la polinización y la regulación de plagas de cultivos son servicios ecosistémicos importantes para la producción de alimentos. Un estudio de 2002 realizado por Claire Kremen y sus colegas encontró que los polinizadores nativos en el centro de California (los que históricamente ocurrieron allí; Figura\(\PageIndex{2}\)) proporcionaron polinización completa a los cultivos de sandía (Figura\(\PageIndex{3}\)). Esto solo fue cierto en granjas orgánicas que se ubicaron cerca del hábitat natural para estos polinizadores, destacando la importancia de las prácticas agrícolas sustentables y la conservación del hábitat en la preservación de los servicios ecosistémicos. El ciclo del agua proporciona agua dulce, y la fotosíntesis agrega oxígeno a nuestro aire. Otros servicios ecosistémicos son las provisiones humanas que incluyen alimentos, combustible y fibra (como algodón para ropa o madera). Los medicamentos son otra disposición importante (ver Diversidad de especies). Además, los ecosistemas saludables permiten actividades recreativas, como senderismo, kayak y campamento, y oportunidades educativas, como excursiones. La naturaleza es también la base de una parte significativa de los valores estéticos y espirituales sostenidos por muchas culturas.

    Un abejorro difuso negro y amarillo forrajea sobre pequeñas flores magenta dispuestas en una esfera
    Figura\(\PageIndex{2}\): El abejorro de California (Bombus californicus) es uno de varios insectos nativos que proporcionaron polinización de sandía en el estudio de Kremen y colegas. Imagen por Rododendritas (CC-BY-SA).
    Una flor de sandía amarilla con cinco pétalos. Está rodeada de hojas.
    Figura\(\PageIndex{3}\): Las flores de sandía requieren múltiples visitas de polinizadores de abejas para dar frutos. Imagen porSltan (CC-BY-SA).

    En 1997, Robert Costanza y sus colegas estimaron que el valor anual de los servicios ecosistémicos era de 33 billones de dólares (53 billones de dólares en 2019), y muchos consideran que esto es una subestimación. A modo de comparación el producto interno bruto de Estados Unidos en 2020 fue de 21 billones de dólares.

    Diversidad de Especies

    La diversidad de especies incluye la riqueza de especies y la uniformidad de especies. La riqueza de especies, el número de especies que viven en un hábitat u otra unidad, es un componente de la biodiversidad. La riqueza de especies varía en todo el mundo. La uniformidad de especies es un componente de la diversidad de especies basada en la abundancia relativa (el número de individuos en una especie en relación con el número total de individuos en todas las especies dentro de un sistema). El área en cuestión podría ser un hábitat, un bioma o toda la biosfera. Las áreas con baja diversidad de especies, como los glaciares de la Antártida, aún contienen una amplia variedad de organismos vivos, mientras que la diversidad de las selvas tropicales es tan grande que no se puede evaluar con precisión.

    La riqueza de especies está relacionada con la latitud: la mayor riqueza de especies ocurre cerca del ecuador y la menor riqueza ocurre cerca de los polos (Figura\(\PageIndex{4}\)). Varias hipótesis podrían explicar esta dinámica, pero las razones exactas de este patrón aún no se entienden claramente. Una hipótesis es que los bosques tropicales han existido consistentemente en la misma ubicación durante un largo período de tiempo, permitiendo más tiempo para que se produzca la especiación. Otra hipótesis es que la tasa de especiación es simplemente mayor en los trópicos que en otras regiones. El trópico también tiene una larga temporada de crecimiento y una amplia variedad de nichos ecológicos (diferentes roles que las especies pueden ocupar), en parte debido a las diferentes capas verticales en un bosque tropical (Video\(\PageIndex{1}\)). Otros factores además de la latitud también influyen en la riqueza de especies. Por ejemplo, los ecologistas que estudiaban islas encontraron que la biodiversidad varía según el tamaño de la isla y la distancia del continente.

    Mapa del mundo que indica la riqueza de especies de plantas vasculares por 10,000 km cuadrados. La riqueza es más alta en el ecuador y desciende hacia los polos.
    Figura\(\PageIndex{4}\): Distribución global de la riqueza de especies de plantas vasculares. Las regiones tropicales tienen una alta riqueza de especies, con algunas regiones tropicales que tienen más de 5000 especies por cada 10,000 km 2. Las regiones templadas tienen riqueza de especies intermedias, que van desde 1000-4000 especies por 10,000 km 2. La riqueza de especies disminuye aún más hacia los polos. Imagen de Lotus Salvinia (CC-BY-SA).

     

    Video\(\PageIndex{1}\): Este video discute posibles explicaciones de por qué la riqueza de especies es alta en el ecuador.

    En 1988, el ambientalista británico Norman Myers desarrolló un concepto de conservación para identificar áreas geográficas ricas en especies y con riesgo significativo de pérdida de especies: los puntos críticos de biodiversidad. Los criterios originales para un hotspot incluyeron la presencia de 1500 o más especies de plantas endémicas y 70 por ciento del área perturbada por la actividad humana. Las especies endémicas se encuentran en un solo lugar. Por ejemplo, la lobelia gigante (Lobelia rhynchopetalum, Figure\(\PageIndex{5}\)) solo se encuentra en los hábitats alpinos de Etiopía. Las especies endémicas con distribuciones muy restringidas son particularmente vulnerables a la extinción. Si una población de una especie extendida disminuye en una región, los individuos de otra región pueden recolonizar la primera ubicación, pero esto no es posible para especies endémicas. Las especies endémicas son particularmente comunes en regiones aisladas, como cimas de montañas o islas. La identificación de puntos críticos de biodiversidad ayuda con los esfuerzos de conservación, una especie de triaje de conservación. Al proteger los puntos calientes, los gobiernos son capaces de proteger a un mayor número de especies. Actualmente hay 34 puntos calientes de biodiversidad (Figura\(\PageIndex{6}\)) que contienen un gran número de especies endémicas, que incluyen la mitad de las plantas endémicas de la Tierra.

    La lobelia gigante tiene hojas anchas y puntiagudas agrupadas en la parte superior de los troncos cilíndricos.
    Figura\(\PageIndex{5}\): Lobelia gigante (Lobelia rhynchopetalum) en el Parque Nacional Montañas Simien, Etiopía. Imagen de Bernard Gagnon (CC-BY-SA).
    Los puntos críticos de biodiversidad se indican en un mapa mundial. La mayoría de los hotspots ocurren en regiones costeras y en islas.
    Figura\(\PageIndex{6}\): Conservación Internacional ha identificado 34 puntos críticos de biodiversidad, que cubren sólo 2.3 por ciento de la superficie de la Tierra pero tienen endémicos para ellos 42 por ciento de las especies de vertebrados terrestres y 50 por ciento de las plantas del mundo. Los puntos calientes están sombreados en rojo, morado, amarillo o naranja. Los ejemplos incluyen la Provincia Florística de California, los Andes Tropicales, el Mediterráneo Básico, la Provincia Florística del Cabo y la Polinesia-Micronesia.

    En cuanto a la uniformidad de especies, las especies de cimentación suelen tener la mayor abundancia relativa de especies. Dos localizaciones con la misma riqueza no necesariamente tienen la misma uniformidad de especies. Por ejemplo, ambas comunidades en Figura\(\PageIndex{7}\) tienen tres especies de árboles diferentes y por lo tanto una riqueza de especies de tres. Sin embargo, existe una especie dominante (representada por seis individuos) en la comunidad #1. En la comunidad #2, hay tres de individuos de cada especie. Por lo tanto, la comunidad #2 tiene una mayor uniformidad de especies y mayor diversidad de especies en general.

    La comunidad arbórea #1 tiene seis individuos de una especie de ramificación irregular, un individuo con hojas densamente empaquetadas y dos coníferas.
    La comunidad arbórea #2 tiene tres individuos cada uno para las especies de ramificación irregular, la especie con hojas densamente empaquetadas y las especies de coníferas.
    Figura\(\PageIndex{7}\): Dos hipotéticas comunidades arbóreas tienen la misma riqueza de especies, pero la comunidad #2 (abajo) tiene una mayor uniformidad de especies. Ambas comunidades tienen nueve árboles y tres especies arbóreas. En la comunidad #1, una especie es dominante, representada por seis individuos. Hay dos individuos de una especie de conífera, y sólo un individuo de la especie final. En la comunidad #2, hay tres individuos de cada especie. Imágenes compiladas por Melissa Ha del árbol Alone George Hodan, Old Tree Silhouette y Tree (todos de dominio público).

    Los ecosistemas saludables contienen una diversidad de especies, y cada especie juega un papel en la función de los ecosistemas; por lo tanto, la diversidad de especies así como la diversidad de los ecosistemas son esenciales para mantener los servicios ecosistémicos. Por ejemplo, muchos medicamentos se derivan de químicos naturales elaborados por un grupo diverso de organismos. Por ejemplo, muchas plantas producen compuestos destinados a proteger a la planta de los insectos y otros animales que los comen. Algunos de estos compuestos también funcionan como medicamentos humanos. Ejemplos de medicamentos significativos derivados de compuestos vegetales incluyen aspirina, codeína, digoxina, atropina y vincristina (Figura\(\PageIndex{8}\)). Se estima que, en un momento, el 25 por ciento de las drogas modernas contenían al menos un extracto de planta. Ese número probablemente ha disminuido a cerca del 10 por ciento ya que los ingredientes naturales de las plantas son reemplazados por versiones sintéticas de los compuestos vegetales. Los antibióticos, que son responsables de mejoras extraordinarias en la salud y la esperanza de vida en los países desarrollados, son compuestos derivados en gran parte de hongos y bacterias. Se estima que alrededor del 35 por ciento de los nuevos medicamentos traídos al mercado entre 1981 y 2002 fueron de compuestos naturales.

    Las flores de este bígaro de Madagascar son de color rosa claro. Los están rodeados de hojas ovaladas con distinta venación.
    Figura\(\PageIndex{8}\): Catharanthus roseus, el bígaro de Madagascar, posee diversas propiedades medicinales. Entre otros usos, es fuente de vincristina, fármaco que se utiliza en el tratamiento de linfomas. (crédito: Forest y Kim Starr)

    Diversidad Genética

    La diversidad genética es una medida de la variabilidad entre individuos dentro de una sola especie. La diversidad genética está representada por la variedad de alelos presentes dentro de una población. La diversidad genética proporciona la materia prima para la adaptación evolutiva. La pérdida de diversidad genética hace que una especie sea menos capaz de reproducirse con éxito y sea menos adaptable a un entorno cambiante o a una nueva enfermedad. Las poblaciones pequeñas de especies son especialmente susceptibles a la pérdida de diversidad genética. Cuando una especie pierde demasiados individuos, se vuelve genéticamente uniforme. Algunas de las causas de la pérdida de diversidad genética incluyen: la endogamia entre individuos estrechamente relacionados y la deriva genética, proceso por el cual la composición genética de una población fluctúa aleatoriamente a lo largo del tiempo. La deriva genética puede llevar a la pérdida de alelos de una población, incluso si esos alelos son adaptativos. Para más información sobre la deriva genética, consulte Openstax 2e 19.1.

    La diversidad genética es importante para la agricultura. Desde el inicio de la agricultura humana hace más de 10 mil años, los grupos humanos han estado criando y seleccionando variedades de cultivos. Esta diversidad de cultivos coincidió con la diversidad cultural de poblaciones altamente subdivididas de humanos. Por ejemplo, las papas fueron domesticadas a partir de hace unos 7 mil años en los Andes centrales de Perú y Bolivia. La gente de esta región tradicionalmente vivía en asentamientos relativamente aislados separados por montañas. Las papas cultivadas en esa región pertenecen a siete especies y el número de variedades probable es de miles. Cada variedad ha sido criada para prosperar en elevaciones particulares y condiciones del suelo y clima. La diversidad es impulsada por las diversas demandas de los dramáticos cambios de elevación, el limitado movimiento de personas y las demandas creadas por la rotación de cultivos para diferentes variedades que funcionarán bien en diferentes campos.

    La papa demuestra un ejemplo bien conocido de los riesgos de la baja diversidad de cultivos: durante la trágica hambruna irlandesa de papa (1845—1852 d.C.), la variedad de papa individual cultivada en Irlanda se volvió susceptible a una plaga de papa, acabando con el cultivo (Figura\(\PageIndex{9}\)). La pérdida de la cosecha provocó hambruna, muerte y emigración masiva. La resistencia a las enfermedades es un beneficio principal para mantener la biodiversidad de los cultivos y la falta de diversidad en las especies de cultivos contemporáneos conlleva riesgos similares. Las empresas de semillas, que son la fuente de la mayoría de las variedades de cultivos en los países desarrollados, deben criar continuamente nuevas variedades para mantenerse al día con los organismos de plagas en evolución. Estas mismas empresas semilleras, sin embargo, han participado en la disminución del número de variedades disponibles ya que se enfocan en vender menos variedades en más zonas del mundo reemplazando a las variedades locales tradicionales.

    Una papa infectada con tizón de papa cortada por la mitad sobre una mesa de madera. La papa tiene decoloración marrón oscuro en el interior.
    Figura\(\PageIndex{9}\): Los efectos del tizón de la papa, el cual es causado por el moho de agua Phytophthora infestans. Imagen por USDA (dominio público).

    La capacidad de crear nuevas variedades de cultivos se basa en la diversidad de variedades disponibles y la disponibilidad de formas silvestres relacionadas con la planta de cultivo. Estas formas silvestres suelen ser la fuente de nuevas variantes genéticas que pueden criarse con variedades existentes para crear variedades con nuevos atributos. La pérdida de especies silvestres relacionadas con un cultivo significará la pérdida de potencial en el mejoramiento del cultivo. Mantener la diversidad genética de especies silvestres relacionadas con especies domesticadas asegura nuestro suministro continuo de alimentos.

    Desde la década de 1920, los departamentos gubernamentales de agricultura han mantenido bancos de semillas de variedades de cultivos como una forma de mantener la diversidad de cultivos. Este sistema tiene fallas porque con el tiempo las variedades de semillas se pierden por accidentes y no hay forma de reemplazarlas. En 2008, la bóveda de semillas Svalbard Global, ubicada en la isla de Spitsbergen, Noruega (Figura\(\PageIndex{10}\)), comenzó a almacenar semillas de todo el mundo como un sistema de respaldo a los bancos regionales de semillas. Si un banco regional de semillas almacena variedades en Svalbard, las pérdidas pueden ser reemplazadas por Svalbard en caso de que algo le sucediera a las semillas regionales. La bóveda de semillas de Svalbard se encuentra profundamente en la roca de la isla ártica. Las condiciones dentro de la bóveda se mantienen a temperatura y humedad ideales para la supervivencia de las semillas, pero la ubicación subterránea profunda de la bóveda en el Ártico significa que la falla de los sistemas de la bóveda no comprometerá las condiciones climáticas dentro de la bóveda.

    Una estructura alta con una puerta parecida a un búnker que desaparece en un banco de nieve
    Figura\(\PageIndex{10}\): La bóveda global de semillas de Svalbard es una instalación de almacenamiento de semillas de diversos cultivos de la Tierra. (crédito: Mari Tefre, Svalbard Global Seed Bóveda)

    Referencias

    Costanza, R., d'Arge, R., de Groot, R. et al. El valor de los servicios ecosistémicos del mundo y del capital natural. Naturaleza 387, 253—260 (1997). DOI

    Kremen, C., Williams, N. M., y Thorp, R. W. Polinización de cultivos de abejas nativas en riesgo de intensificación agrícola. PNAS 99, 6812-16816 (2002). DOI

    Atribuciones

    Comisariada y autoría de Melissa Ha utilizando las siguientes fuentes:

    This page titled 21.1: El valor de la biodiversidad is shared under a CC BY-SA 4.0 license and was authored, remixed, and/or curated by Melissa Ha (ASCCC Open Educational Resources Initiative) .