H2020 SCALE Proiektua: Biodibertsitate globalaren erantzunak proiektatzea printzipio biologikoetatik abiatuta
- Mota Proiektua
- Egoera Bete
- Exekuzioa 2019 -2022
- Esleitutako Aurrekontua 232.497,6 €
- Eremua Europeo
- Autonomia-erkidegoa Madrid, Comunidad de
- Finantza-iturri nagusia Horizonte 2020
- Proiektuaren webgunea https://doi.org/10.3030/843094
Mundu osoko basoen, laboreen eta landaredi basatien produktibitatea eta hazkunde-tasak pixkanaka handitu dira airean dagoen karbono dioxidoaren (CO2) kontzentrazioaren ondorioz. Kontzentrazio horiek igotzen jarraitzen duten heinean, landareek sendoago haziz eta beren hedadura zabalduz erantzungo dute ziurrenik. Klima-aldaketaren eragin biologikoen proiekzio errealistek ikerketa-arlo desberdinetako aurrerapenak integratzeko gai den esparru bateratu bat behar dute.
EBk finantzatutako SCALE proiektuaren helburua beroaren eta uraren transferentzia-mekanismoek nola zehazten dituzten beroaren eta uraren transferentzia-mekanismoek lurreko ektotermoen espezieen aberastasunaren eta egokitzapen termikoen eredu globalak aztertzea da, aldaketa globalarekiko bereziki zaurgarria den talde bat baita. SCALE proiektuak proposatutako eraginak lortu ditu, besteak beste, organismoen eta ingurunearen arteko elkarrekintzak aurreikusteko hainbat eredu mekanistiko garatu eta zabaldu ditu, egungo eta etorkizuneko klima-eszenatokietan. Gure ikerketa diziplina anitzeko aldizkari eraginkorretan argitaratu da, hala nola Proceedings of the National Academy of Sciences aldizkarian, eta hedabideetan estaldura handia lortu du.
- Narrastietan Ezaugarri Funtzionalen Bilakaeraren Norabidea eta Mugak Modelatzea Narrastietan gorputzaren tenperatura eta errendimendu fisiologikoa aurreikusteko eredu biofisikoak garatu genituen, eta horiek erabili genituen ikertzeko nola aldatzen den errendimendu termikoa klimaren arabera, gorputz-tamaina, azal-kolore, termoerregulazio-ahalmen eta tolerantzia fisiologiko desberdinak dituzten espezieen artean. Analisi global honek aukera eman zigun hautespenaren norabidea eta indarra zenbakizko moduan aurreikusteko ezaugarri funtzional desberdinetan. Iragarpen hauek probatzeko, makroekologiako eta fisiologia termikoko aditu desberdinak koordinatu genituen, eta aurreikusitako eta behatutako ereduak alderatu genituen, 1200 narrasti espezie baino gehiagoren argitaratutako datuak erabiliz. Ikusi genuen ereduek zehaztasunez aurreikusten dutela klimak ezaugarri funtzional desberdinetan duen eraginaren norabidea eta indarra eskala globalean.
- Ektotermo tropikalen klima-aldaketari ematen dizkioten erantzun eskala handiko modelatzea Ektotermo askok, hala nola muskerrek, inguruneen heterogeneotasuna aprobetxatzen dute gorputzaren tenperatura kontrolatzeko portaeran, adibidez, eguzkipean dauden eta itzalpean dauden mikroinguruneen artean mugituz. Hala ere, ez dugu metodorik portaera-ahalmen hori kuantifikatzeko eskala handian. Gure ektotermoen eredu biofisikoa erabiltzen dugu baso-bizi diren musker neotropikaletan, berotzearekiko bereziki zaurgarria den talde batean, gorputzaren tenperatura klima-aldaketaren aurka babesteko portaera-termorregulazioak duen potentziala ebaluatzeko. Ikusi dugu Amazonian giro-tenperaturen aurreikusitako igoerak muskerrek kalkulatutako gehienezko babes-ahalmena gainditu dezakeela. Gure ikuspegiak, lehen aldiz, musker tropikalek berotzearen eraginak arintzeko duten gaitasuna kalkulatzea ahalbidetzen du, mugarri kritikoa espezie horien klima-aldaketarekiko zaurgarritasuna murrizteko kudeaketa-estrategia eraginkorrak diseinatzeko.
- Metabolismo-tasa modelatzea eta uretako ektotermoen erantzuna klima-aldaketari Organismoek klima-aldaketari ematen dioten erantzunak fisiologian duten eraginaren bidez gertatzen dira. Ingurune akuatikoetan, uraren tenperaturak eta oxigenoaren eskuragarritasunak erantzun horiek modula ditzakete errendimendu fisiologikoa bultzatzen duen metabolismoa aldatuz. Hala ere, ingurumen-faktoreek metabolismo aerobikoa nola moldatzen duten aurreikusteko diseinatutako eredu ekologikoek oxigeno-horniduraren eginkizuna alde batera uzten dute. Eredu biofisiko bat garatu genuen oxigenoa xurgatzeko gaitasunak klima-berotzearekiko ektotermoen erantzunean nola eragiten duen ikertzeko. Arrain-espezieen arteko analisi konparatibo batean, erakusten dugu ereduak gorputz-tamainaren eta tenperaturaren arteko elkarrekintza konplexuak zehaztasunez aurreikusten dituela arrainen tarte aerobikoan. Gure emaitzek iradokitzen dute espezie handiagoak espezie txikiagoak baino mugatuagoak izan daitezkeela berotzen ari diren uretan, oxigenoa xurgatzeko gaitasunaren muga fisikoengatik.
- Endotermoetan Termoerregulazioaren Kostuen Modelatzea Bero-balantze biofisikoaren ereduek organismo endotermo batek, hala nola hegazti edo ugaztun batek, gorputz-tenperatura konstantea mantentzeko behar duen kostu metabolikoa kalkula dezakete ingurune aldakor batean. Eredu biofisikoak erabiltzen ditugu makroekologian dagoen galderari erantzuteko: zergatik saguzarren gorputz-tamainak ez dituen jarraitzen ugaztun ez-hegalarien artean behatutako eredu geografiko eta ebolutiboekin. Termoerregulazioaren kostuak eta hegaldiaren kostuak modelatuz, kostu horiek gorputzaren tamaina eta forma mugatzen dituztenen antzekoak direla ikusten dugu, batez ere klima hotzetan. 278 saguzar espezieren tamaina eta forma aztertuz, saguzarren eboluzio morfologikoa klimaren arabera aldatzen dela eta hautespenaren indarra eskualde hotzetan eskualde beroetan baino handiagoa dela ikusten dugu, ereduaren iragarpenarekin bat etorriz. Emaitza hauek saguzarrek beste ugaztun batzuetan behatutako makroeboluzio-ereduekiko duten egokitasunari buruzko eztabaida luzea argitzen dute eta prozedura berri bat eskaintzen dute makroekologia-eredu konplexuak lehen printzipioetatik ikertzeko.
- Tailerren eta komunikazio jardueren antolaketa SCALEren helburu nagusietako bat diziplina ezberdinetako ikertzaileen artean, hala nola fisiologia eta makroekologia, eta sistema ezberdinetako ikertzaileen artean, hala nola lurreko eta uretako inguruneetan. Horretarako, bi tailer antolatu genituen, espezieen banaketa modelatzeko eta klima-aldaketaren eraginak aurreikusteko eredu mikroklimatiko eta biofisikoen erabilera aurkezteko (IBS 2022, CSEE 2021). Gainera, publiko zabalago eta ez-espezializatu batera iristeko, proiektuaren emaitza garrantzitsuenak aurkezten dituen blog bat abiarazi genuen eta bi "Shiny Apps" garatu genituen R-n, edozein erabiltzailek eredu biofisikoekin linean elkarreragin ahal izateko.
Organismoek klima eta habitat aldaketa globalari emango dieten erantzunak aurreikustea lehentasuna da oraindik ere ikerketa ekologikoarentzat. Erantzun horien proiekzio fidagarriek organismoek ingurumen-aldaketak arintzeko edo egokitzeko duten gaitasuna zehazten duten ezaugarri fisiologiko eta portaerazkoei buruzko informazioa integratzea eskatzen dute. Hala ere, gure egungo iragarpen-tresna gehienak organismoen eta inguruneen arteko korrelazioetan oinarritutako eredu fenomenologikoetan oinarritzen dira, eta gaitasun mugatua dute organismoen errendimendua aurrekaririk gabeko ingurumen-baldintzetan aurreikusteko.
Makroekologian, hau da, organismoen eta haien ingurunearen arteko harremanak eskala espazial handietan aztertzen dituen arloan, mekanizismo-ikuspegiak sortzen ari dira. Eredu fenomenologikoen aldean, eredu mekanizista hauek energia eta masa transferentziaren printzipio fisikoetan eta informazio fisiologikoan oinarritzen dira egoera-aldagai gakoek, hala nola gorputzaren tenperaturak, metabolismo-tasak edo uraren orekak, klimari espazioan eta denboran nola erantzuten dioten aurreikusteko.
Beren potentziala gorabehera, eredu mekanistikoek erronka garrantzitsuei aurre egin behar diete makroekologian, hala nola, nola eskalatu banakako metrikak antolaketa ekologikoaren maila altuagoetara, hala nola populazioetara eta espezieen multzoetara. SCALE-k ikuspegi mekanistiko bat hartzen du bero eta masa balantzeak nola eskalatzen diren ikertzeko makroekologiako eta makroeboluzioko ereduetan animalia-taxon desberdinetan, ektotermo eta endotermo lehortarrak eta urtarrak barne. Horretarako, bero eta masa transferentziaren eredu biofisikoak garatzen ditugu eta punta-puntako teknika konputazionalak erabiltzen ditugu hainbat espeziek klima eta habitat aldaketari ematen dioten erantzuna simulatzeko.
SCALEren helburu orokorren artean hauek daude:
- Software berrirako sarbidea ematen duten eredu mekanistikoak garatu eta zabaldu, eta horien ezarpena errazteko tailerrak antolatu.
- Eskala handiko klima-gradienteetan zehar espezieen ezaugarri funtzionalen aurreikusitako eta behatutako ereduak alderatzen dituzten ereduak baliozkotzea.
- Etorkizuneko klima-aldaketaren eszenatokietarako proiektu-ereduen iragarpenak.
Klima-aldaketaren eragin biologikoen proiekzio errealistek esparru bateratu bat behar dute, ekofisiologia, portaera-ekologia eta biogeografia bezalako ikerketa-arlo desberdinetako aurrerapenak integratzeko gai dena. Makroekologian modelizazio mekanistikoa erronka honi aurre egiteko esparru itxaropentsu gisa agertzen da, biodibertsitate-ereduak deskribatzen saiatzen baita prozesu biofisiko, fisiologiko eta portaerazkoetan oinarrituta, eta prozesu horiek organismoek ingurunearekin nola elkarreragiten duten zehazten dute. Proiektu honetan, beroaren eta uraren transferentzia-mekanismoek espezieen aberastasunaren eredu globalak eta lurreko ektotermoen egokitzapen termikoak nola zehazten dituzten ikertuko dut, aldaketa globalarekiko bereziki zaurgarria den talde bat.
Proposamen honen helburu zehatzak hauek dira:
- Ikertu nola tenperaturaren erregulazioak eta uraren erabilgarritasunak narrasti eta anfibio espezieen aberastasunaren eredu globalak mugatzen dituzten.
- Ikertu.
- Etorkizuneko klima-baldintzei patroi hauen erantzuna aurreikustea. Helburu horiek lortzeko, ektotermoen eta haien ingurunearen arteko bero eta ur transferentzia bideen punta-puntako eredu biofisikoak literaturatik lortutako espezieen banaketa geografikoari eta tolerantzia termikoei buruzko datu enpirikoekin konbinatuko ditut.
Azken finean, proposamen honek makroekologian mekanizismo-eredukatzearen arlo emergenteari lagunduko dio, informazio biologikoaren iturri anitz integratzeko metodoak eta klima-aldaketari organismoek ematen dizkioten erantzunak aurreikusteko teknikak eskainiz. Mekanizismo-ereduen analisi geografikoan jasotako prestakuntzak nire garapena bultzatuko du EBko makroekologiako ikertzaile eta berritzaile independente nagusi gisa.
Organismoak termodinamikoki konektatuta daude ingurunearekin beroaren, uraren eta/edo oxigenoaren trukearen bidez. Elkarrekintza hauek "eredu biofisikoekin" jaso daitezke, ingurumen-baldintzei eta organismoen ezaugarriei buruzko informazioa integratzen dutenak, banakoek edozein ingurunetan nola jardungo luketen aurreikusteko. Hala ere, eredu hauek erronka batzuei aurre egin behar diete, eta beharrezkoa da ereduak kalibratu eta baliozkotzea, haien iragarpen teorikoak behaketa enpirikoekin konbinatuz.
Hemen sartzen da EBk finantzatutako SCALE proiektua, Marie Skłodowska-Curie Ekintza Programaren laguntzarekin. “Gure helburua ingurumen-aldaketei animalien erantzunak aurreikusteko modelizazio-esparru berri bat sortzea zen”, azaldu du Juan Rubalcabak, proiektuaren koordinatzaileak. Horretarako, SCALEk ekofisiologian eskuragarri dauden datu interespezifikoak eredu biofisikoen bidez sortutako iragarpen teorikoekin konbinatu zituen. Ondoren, eredu horiek erabili zituen ezaugarri fisiologikoek, hala nola metabolismo-tasak, nola aldatu behar diren klima-baldintzei erantzunez aurreikusteko, eta proiektuaren iragarpenak bat etortzen ziren behaketa enpirikoekin aztertu zuen.
Klimaren eragina muskerretan Eztabaida handia dago klimak zuzenean modulatzen dituen ala ez gorputzaren tamaina, azalaren kolorea eta tolerantzia termikoa bezalako ezaugarriak. Hori hobeto ulertzeko, SCALEk eredu biofisiko bat erabili zuen musker teorikoen gorputzaren tenperatura eta errendimendu fisiologikoa klima desberdinetan aurreikusteko. "Ondoren, eredua erabili genuen eskualde bakoitzean zein fenotipok maximizatzen zuten errendimendu fisiologikoa ikertzeko, hautespen naturalak gorputzaren tamainan, azalaren kolorean, tolerantzia termikoan eta termorregulazio-portaeran duen eragina simulatuz", azaldu du Rubalcabak. Proiektuak aurkitu zuen gorputz-masaren, hotz-tolerantziaren eta gorputz-tenperatura optimoaren behatutako eredu geografikoak nabarmen lotuta zeudela haien iragarpenekin. "Beraz, gure emaitzek (leiho berri batean irekiko da) iradokitzen dute klimak zuzenean modulatzen dituela ezaugarri horiek errendimendu termikoan duen eraginaren bidez", gaineratu du Rubalcabak. Oxigeno-eskaria eta -hornikuntza Ektotermo Akuatikoetan SCALEk eredu biofisiko bat garatu zuen arrainen oxigeno-eskaria eta -hornikuntza ikertzeko, zakatz-gainazalean zehar oxigeno-transferentzia bultzatzen duten mekanismo fisiko-kimikoak kontuan hartuta. «Eredua erabili genuen uraren tenperaturaren, oxigenoaren erabilgarritasunaren, gorputzaren tamainaren eta jarduera-mailaren arteko elkarrekintza arrainen metabolismo-tasan eta errendimendu fisiologikoan ikertzeko», azpimarratzen du Rubalcabak. Ereduak aurreikusten du animalia handi eta aktiboek gaitasun mugatua izango dutela ur beroagoetan beren eskaera fisiologikoa asetzeko behar duten oxigenoa lortzeko.
Beraz, SCALEren emaitzek (leiho berri batean irekiko da) iradokitzen dute berotze globalak errendimendu fisiologikoa kaltetuko duela, etorkizunean banako handiagoei zama metaboliko handiagoa eraginez. Saguzarren gorputzaren tamainaren eta formaren bilakaera "Gorputz-tamainak, hegoen tamainak eta tenperaturak nola elkarreragiten duten ere ikertu dugu hegaldiaren kostuak eta termorregulazioaren kostuak zehazteko. Ereduak erakusten du hego handiek hegaldi-kostuak murrizten dituztela, baina beroa xahutzeko tasak handitzen dituztela, eta horrek termorregulazioaren kostuak handitzen dituela, batez ere klima hotzetan", baieztatzen du Rubalcabak. Saguzar espezieen datu morfologikoak erabiliz, SCALEk aurkitu zuen hegoen azalera-masa erlazioa forma optimo baterantz eboluzionatzen duela eta hautapen-indarra handiagoa dela klima hotzetan bizi diren espezieen artean, eta hori bat dator iragarpen teorikoekin. Beraz, proiektuaren emaitzek (leiho berri batean irekiko da) iradokitzen dute klimak eragina duela saguzarren gorputzaren tamainaren bilakaeran, energia-eskarian duen eraginaren bidez. Emaitza hauek erakusten dute klimak eragin zuzena duela energia-eskarian eta errendimendu fisiologikoan, eta horrek, aldi berean, azken finean, ezaugarri fenotipoen bilakaeran eragiten duela. «Gainera, eredu biofisikoek organismoen eta klimaren arteko elkarrekintzak bultzatzen dituzten mekanismo nagusiak atzeman ditzakete eta, beraz, organismoek klima-aldaketari ematen dizkioten erantzunak aurreikusteko erabil daitezke», ondorioztatzen du Rubalcabak.
- UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS
- ROYAL INSTITUTION FOR THE ADVANCEMENT OF LEARNING MCGILL UNIVERSITY
- CORDIS proiektuaren fitxa (pdf)
- Web ikertzailea
- Saguzarren termorregulazioaren eta hegaldi-bulkada morfologikoaren muga fisikoak
- Klimak muskerren ezaugarri funtzionalen aldakuntza globala eragiten du
- Oxigenoaren mugak metabolismoaren tenperaturarekiko eta tamainarekiko menpekota…
- Gorputzaren tenperaturak eta jarduera-ereduek glukokortikoideen mailak modulatz…
- Rey Juan Carlos Unibertsitatearen webgunea
- IKASKUNTZAREN AURRERAPENERAKO ERREGE ERAKUNDEA MCGILL UNIBERTSITATEAREN webgunea
Lotutako proiektuak
