05 febrero 2007

Cómo se hizo "A los musgos se los lleva el viento" (1)

Ya saben que una parte del conocimiento científico se adquiere proponiendo hipótesis que luego deberían ser sometidas a prueba. Sin embargo, la ciencia está llena de hipótesis que nunca han sido comprobadas a pesar de lo cual a veces se asientan fuertemente y adquieren la pinta de conocimiento consolidado cuando, en realidad, su validez es poco más que especulación.
Hace cuatro años, un colega y yo nos planteamos resolver uno de esos viejos problemas que estaban pidiendo a gritos algo de apoyo experimental.
El problema es muy simple de plantear: si examinamos las floras de diversos lugares del mundo encontramos similitudes y diferencias (Perogrullo dixit). Esta realidad se ha reflejado en mapas de provincias y regiones fitogeográficas donde el mundo se divide en zonas de flora similar. Pero estos mapas son sólo la representación de la realidad. La pregunta pendiente es ¿cuál es la explicación?

Para explicar la distribución global de las especies vegetales en el mundo se han propuesto varios mecanismos. Las hipótesis más extendidas son, muy sintetizadas, las siguientes:
  • Hipótesis de la vicarianza (HV), propuesta en la década de los 70, que propone que las similitudes y diferencias actuales dependen de la historia geológica de los continentes. Si un continente se fragmenta y estos fragmentos alejan a causa de la deriva continental, las poblaciones de todas las especies que vivían en él quedan aisladas entre sí. La evolución en cada fragmento será independiente a partir de la fragmentación porque no hay intercambio genético. Si esto es cierto, la flora de dos lugares será tanto más parecida como cercana haya sido su separación.
  • Hipótesis geodésica (HG), que propone que la similaridad entre dos lugares es función inversa de la distancia geográfica entre ellos. La idea subyacente es que cada lugar dispersa semillas, esporas y propágulos en general en todas direcciones y que la probabilidad de que lleguen a otro lugar depende de la inversa de la distancia.
  • Hipótesis de dispersión a larga distancia (HD), que propone un mecanismo similar al anterior pero donde la dispersión está dirigida por el viento por lo que la "distancia" entre dos sitios debe medirse como la facilidad de acceso mediante los flujos de viento existentes. El viento interviene como medio de transporte por lo que este mecanismo, si funciona, lo haría con semillas, esporas o fragmentos ligeros. Los cocos y los bisontes quedan excluidos.
Fíjense que la HV asume que la distribución actual de las especies depende de un proceso histórico de millones de años (más de 200 si partimos de la fragmentación de Gondwana), mientras que las otras dos suponen implícitamente que son procesos actuales de dispersión los que explicarían mejor esa distribución. La HG no excluye la dispersión por el viento pero la supone igual en todas direcciones (isotrópica) mientras que la HD la supone anisotrópica.

Este fue el panorama que me planteó J en una llamada telefónica a principios del año 2002. El reto era interesante y la primera pregunta evidente ¿estamos en disposición de solucionar esto? La respuesta dependía de dos cosas: un diseño experimental que permitiera contrastar las tres hipótesis y datos y herramientas suficientes para llevarlo a cabo.
Tras unas cuantas discusiones llegamos a un diseño experimental simple, al menos en principio (acuérdense de Hannibal Lecter citando, creo recordar, a Marco Aurelio: "Alice, simplicidad y primeros principios").
  1. Elegir unos cuantos grupos de plantas que conozcamos bien y un conjunto de lugares para comparar, elaborar una lista de las especies que hay en cada lugar y calcular un índice de similaridad entre todos ellos. Por ejemplo, entre el sitio x y el sitio y tendremos una similaridad S(x, y) que es la misma que la S(y, x).
  2. Calcular las "distancias" entre cada lugar x e y de acuerdo con cada una de las tres hipótesis. En el caso anterior tendríamos DHV(x, y), DHG(x, y) y DHD(x, y).
  3. Comparar la similitud entre las diferentes D**(x, y) y las S(x, y)
  4. Ganador: la hipótesis D** que tenga una mayor similitud con la S
Resuelto (¡ja!) el boceto de diseño experimental, pasamos a los datos. Empezamos por los biológicos: uno o mejor varios grupos vegetales o animales de lugares a diferentes distancias entre sí. Cuantos más mejor porque de esa forma será más fácil separar la señal del ruido. Pero ¿dónde? ¿en Europa? ¿en América de Sur?
Hoy veo que la decisión sobre el escenario que hizo J fue crítica: una buena parte del hemisferio Sur terrestre pero eligiendo, además de algunas zonas continentales periféricas, sitios realmente aislados entre sí: islas. El punto clave es la reducción del ruido en el modelo: el mar es un enorme sumidero que impide el transporte por tierra o en saltos sucesivos con lo que el escenario se "limpia" de transportes contaminantes (recordemos que dos hipótesis son de dispersión y la otra geológica).

Pueden suponer ustedes la tarea siguiente ¿qué grupos incluimos? Por motivos diversos elegimos cuatro: musgos, líquenes, hepáticas y helechos, que podrían tratarse independientemente para aumentar la fiabilidad del análisis.

A partir de ese momento, los componentes del grupo se pusieron a buscar datos en la bibliografía (yo me libré de esta etapa, ufff). J los musgos, P los helechos, A e I los líquenes. Semanas de búsquedas, peticiones y consultas, cientos de artículos, unas docenas de libros... que acabaron con la construcción de cuatro grandes checklists, una para cada grupo. La lista de lugares incluye desde Tierra del Fuego hasta Bouvet pasando por la Península Antártica: 27 lugares muy diferentes y distribuidos por todo el hemisferio austral.

Lugares incluidos en el estudio

Una checklist no es otra cosa que una tabla donde en las columnas están las especies, en las filas los lugares y en las intersecciones un 1 o un 0 en función de que la especie esté presente o no. Fácil.
Al final trabajamos con un total de 1851 especies incluyendo los cuatro grupos.

Las checklists permiten abordar la siguiente tarea con facilidad: el cálculo de un índice de similaridad. Utilizamos el índice de Ochiai que tiene en cuenta las especies compartidas o no entre cada par de lugares y que varía entre 0 y 1. El resultado de esta etapa es ya una referencia para el resto de los análisis: tenemos 4 matrices de similaridad de 27x27, una para cada grupo taxonómico. Obviamente, las matrices son simétricas y la diagonal es la unidad.
Es importante destacar que las matrices han sido construidas a partir de datos bibliográficos gratuitos y disponibles para todo el mundo. Algunos conjuntos de datos se pidieron a los especialistas y debemos reconocer que la respuesta fue rápida y positiva, aquí no hubo la cerrazón que dicen es tan característica en los científicos.

El siguiente paso es construir las matrices de "distancias" entre los 27 lugares correspondientes a cada una de las hipótesis a comprobar. Eso será en la próxima entrega.

11 comentarios:

Hurón dijo...

Me ha parecido muy interesante este artículo. Me gustaría profundizar más en el tema (por mera curiosidad). ¿Tenéis algo publicado?

Pedro Terán dijo...

Es muy interesante pero, claro, justo a continuación de lo otro da la sensación de ser un "corte de mangas" simbólico, ¿no? (no digo que lo sea, sino que la yuxtaposición produce ese efecto)

En cualquier caso, insisto en que me parece muy interesante. A ver si no tarda la segunda parte.

Angel dijo...

pedro: lo del "corte de mangas" no es la intención, es que hoy toca Dr. Jeckill. Los de personalidad múltiple somos así :-)

hurón: está publicado, lo que pasa es que muy condensado y en inglés, por eso la explicación más ligera en español en tres sesiones para que no sea muy plasta.
Lo encuentras en
http://kraken.unex.es/
> Papers
> 2004
> Wind as a long-distance dispersal vehicle in the Southern Hemisphere
Saludos

Pedro Terán dijo...

Me parece muy buena idea lo de contarlo con calma en español.

Qué trabajo tan bonito.

Txema M dijo...

Entiendo que excluyas a los bisontes de los tres modelos propuestos, pero reivindico a los cocos. Creo que también podrían haber sido estudiados, ya que se dispersan por las corrientes.

Imagino que habéis elegido esos cuatro grupos de vegetales por no haber sido conscientemente trasladados por nadie. ¿Es así?

Angel dijo...

"pero reivindico a los cocos"
Sí, era una broma claro, los cocos los reivindicamos. Las corrientes están relacionadas a grandes rasgos con el viento pero no las hemos estudiado específicamente (aunque las tenemos siempre en la recámara).
Veremos en el próximo "episodio" que disponemos de datos de viento completos y con frecuencia diaria (además de gratis). Por eso empezamos por los vientos y, como bien supones, elegimos esos grupos porque son susceptibles de dispersión por el viento y porque no tienen un interés especial que haga que sean transportados conscientemente. Aparte de que J es briólogo (hay gente pa tó).
Como es lógico hay transporte artificial pero nuestra esperanza era que ese "ruido" fuera pequeño respecto al mecanismo general, fuera este cual fuera.

Hurón dijo...

Muchas gracias Ángel. Leo bien en inglés. Tengo muchas ganas de leerlo. Ya te contaré lo que me ha parecido. También quiero leer los tres artículos del resumen. La verdad es que este tipo de artículos son los que más me gustan en tu blog.

Un saludo.

Rubiales dijo...

Mucho más interesante este Dr. Jeckill, ¡dónde va a parar...!
¡Y gracias por compartir tu hit con los mortales!

Angel dijo...

El Dr. Jeckill no tiene preocupaciones porque vive en un mundo donde sólo depende de su propio trabajo.
Mr. Hyde lo tiene peor porque, a pesar de su mala leche, no lleva bien ver como algunas personas se cavan su propia tumba, profesionalmente hablando.
Saludos

Felipe dijo...

Hola...
interesante lo que acá postulas! estaremos al tanto de todo.
Mis felicitaciones y apoyo en todo momento.

Como dices tú, hay gente pa´todo! lo dice un futuro briólogo Chileno. saludos

Angel dijo...

Gracias Felipe, espero que te vaya bien en tu carrera de briólogo. Verás que en sucesivos posts ya he completado la descripción del trabajo, ye me dirás tu opinión. Si quieres el original me lo dices y te lo envío al correo electrónico.
Saludos

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