El modelado de procesos permite comprender las funciones de los componentes que interactúan, ayuda a identificar partes de los procesos y permite predecir los resultados de los cambios en el sistema. Desafortunadamente, lo que fue un área importante del modelado financiero ahora está en gran medida desacreditado, para gran perjuicio del resto de nosotros; otras áreas, como los seguros, se ven tan limitadas por las normas y regulaciones que resultan inútiles. El modelado biológico, en cambio, avanza rápidamente, ya sea con respecto a eventos subcelulares, el desarrollo de organismos completos o la epidemiología de enfermedades. Esta semana, El profesor Xueron Mao ha organizado una reunión (publicación anterior del blog) en la Universidad de Strathclyde en Glasgow, Escocia, sobre “Modelado estocástico en ecosistemas” (enlace al programa de la reunión).
En la semana que marca el vigésimo aniversario de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo de 20 ("Cumbre de Río"), me preguntaba sobre el impacto de la modelización de ecosistemas en las principales políticas que se discutían en la Cumbre Río + 20 en junio de 2012. Si me hubiera perdido un toda el área de la literatura en los últimos 10 años? Semanalmente, los medios de comunicación nos informan sobre los resultados de los últimos modelos de cambio climático, mientras que yo leo artículos todos los meses sobre cultivos y modelos de fotosíntesis, por no mencionar el trabajo impresionante en muchas especies de plantas individuales, incluyendo números especiales y artículos recopilados de Annals of Botany. Al igual que muchas organizaciones y reuniones relacionadas con las Naciones Unidas, la conferencia sobre desarrollo sostenible tiene una gran cantidad de "literatura gris" de apoyo: informes e investigaciones encargados con un fuerte contenido científico (aunque, a menudo, no son completos ni definitivos y, por lo tanto, no son adecuados para su publicación en revistas arbitradas). ). Sin embargo, un búsqueda en el sitio web de la ONU no muestra ningún intento de modelado de ecosistemas (o, de hecho, 'modelado'): las 14 discusiones sobre el tema del modelado son todas sobre economía y finanzas. La búsqueda de Google Scholar muestra pocos trabajos importantes en la última década con palabras clave de modelado/modelado y ecosistemas.
Quizás el reto de modelar un ecosistema completo sea demasiado difícil: un modelo necesita definir entradas, salidas y flujo a través de un sistema. El ecosistema implica ciclos y redes que involucran cientos de especies y millones de interacciones desde el nivel subcelular hacia arriba. En mi propia charla inaugural de la reunión, concluí que las salidas pueden clasificarse en tres áreas. En primer lugar, la energía química, principalmente en forma de carbono fijado que se utiliza como alimento, pienso, fibras y combustible fuera del ecosistema directo. En segundo lugar, una pequeña pero importante fracción del flujo se extrae del sistema, en particular a las reservas de carbono a largo plazo en la piedra caliza y los combustibles fósiles. El último grupo de salidas puede considerarse como "servicios ecosistémicos", incluyendo el agua purificada (o incluso contaminada) que se modifica con respecto al estado de entrada tanto en pureza como en caudal, o el oxígeno reducido a partir del dióxido de carbono. Las diapositivas de mi charla están en Slideshare.com bajo ruta, y tal vez haga un comentario abreviado para YouTube en algún momento.
Modelado estocástico Heslop-Harrison en ecosistemas – Charla introductoria
En la reunión, recibimos una variedad de charlas que van desde modelos de ciclos de carbono, pasando por dinámicas de población y vegetación, hasta modelos de epidemiología de enfermedades. Siempre es emocionante cuando diferentes comunidades de investigación se reúnen, por lo que fue muy valioso escuchar y hablar con los matemáticos en la reunión, ¡incluso si hay algunas diferencias en nuestros idiomas!
Siempre es denigrante escoger charlas particulares de un programa completo, y el la lista completa se da aquí. Dado que este blog está relacionado con las plantas, tomaré nota de las impresionantes charlas de Mathew Williams (Universidad de Edimburgo) sobre cómo se mueven gigatoneladas de carbono alrededor de los ciclos de carbono terrestres (y de hecho atmosféricos) utilizando mediciones globales en un experimento llamado FLUXNET, que, junto con con mediciones basadas en el espacio podría examinar los cambios de biomasa forestal a gran escala en escalas de tiempo de solo tres años. Mi colaborador Jongrae Kim (Universidad de Glasgow http://www.robustlab.org/) dio la siguiente charla, discutiendo algunos enfoques formales para la modularización de redes complejas en su charla sobre el análisis de robustez de las estructuras comunitarias, de gran relevancia para hacer que las redes muy grandes sean susceptibles de análisis. Francesco Accantino presentó un modelo de abundancia y cambios de tres Acacia especies en sabanas húmedas que agregan estocasticidad a un modelo de matriz, lo que se relaciona muy bien con el trabajo de Pierre Couteron (IRD, Montpellier) en otros sitios en el África subsahariana. Pierre modeló los patrones de distribución de la vegetación en parches, mostrando los efectos de la lluvia y la pendiente tanto en sistemas estables como en los cambios de los últimos 50 años. La teledetección está proporcionando muchos más datos de los que han tenido los ecologistas y, curiosamente, Pierre puede utilizar Google Earth disponible gratuitamente para muchos de sus análisis. Después de valiosas charlas relacionadas con aspectos de la epidemiología en varios sistemas, el artículo de clausura de Carlo de Michele (Politecnico di Milano, Italia) se basó en charlas anteriores sobre el agua como principal determinante del tipo de vegetación: el tema de la ecohidrología como el estudio de la hidrología que sustenta la ecología. Como varias otras charlas, la modelización del agua podría dar un sistema biestable con dos soluciones de suelo desnudo (baja precipitación) o de cobertura vegetal (alta precipitación), teniendo en cuenta los efectos de la estocasicidad de la precipitación sobre el agua del suelo vinculada a los sistemas de vegetación. La sorpresa fue que los resultados no solo describieron el comportamiento del desierto en comparación con los ecosistemas de bosques tópicos, sino también los cambios anuales en las sabanas con períodos secos y desnudos seguidos de estaciones húmedas cubiertas de vegetación.
“Modelado estocástico en ecosistemas” tiene un largo camino por recorrer antes de convertirse en “Modelado estocástico de ecosistemas”. La genética, los métodos de medición y la parametrización de propiedades provienen de los biólogos que comienzan a conocer a la comunidad de modelado con su mayor comprensión de la robustez, la oscilación y la reducción de redes, así como los enfoques computacionales. Espero que las decisiones de Río+30 estén respaldadas por recomendaciones basadas en modelos rigurosos y sólidos que muestren cómo podemos explotar los ecosistemas sin destruir la tierra.
