Proyecto H2020 SCALE: Proyectando respuestas globales de biodiversidad desde los primeros principios biológicos

Los organismos están conectados termodinámicamente con su entorno a través del intercambio de calor, agua y/u oxígeno. Estas interacciones se pueden capturar con "modelos biofísicos" que integran información sobre las condiciones ambientales y las características de los organismos para predecir cómo se desempeñarían los individuos en cualquier entorno. Sin embargo, estos modelos enfrentan desafíos, y existe la necesidad de calibrar y validar los modelos combinando sus predicciones teóricas con observaciones empíricas. 

Aquí es donde la empresa financiada por la UE ESCAMA intervención del proyecto, con el apoyo de la Programa de acciones Marie Sklodowska-Curie. «Nuestro objetivo era contribuir a un nuevo marco de modelización con el que predecir las respuestas de los animales al cambio ambiental», explica Juan Rubalcaba, coordinador del proyecto. Para lograr esto, SCALE combinó datos interespecíficos, disponibles en ecofisiología, con predicciones teóricas generadas utilizando modelos biofísicos. A continuación, utilizó los modelos para predecir cómo deberían cambiar los rasgos fisiológicos, como la tasa metabólica, en respuesta a las condiciones climáticas, y examinó si las predicciones del proyecto coincidían con las observaciones empíricas. 

El impacto del clima en las lagartijas Existe un debate considerable sobre si el clima modula directamente rasgos como el tamaño corporal, el color de la piel y la tolerancia térmica. Para comprender mejor esto, SCALE utilizó un modelo biofísico para predecir la temperatura corporal y el rendimiento fisiológico de lagartos teóricos en diferentes climas. "A continuación, utilizamos el modelo para investigar qué fenotipos maximizarían el rendimiento fisiológico en cada región simulando el efecto de la selección natural sobre el tamaño corporal, el color de la piel, la tolerancia térmica y el comportamiento termorregulador", explica Rubalcaba. El proyecto descubrió que los patrones geográficos observados para la masa corporal, la tolerancia al frío y la temperatura corporal óptima estaban significativamente relacionados con sus predicciones. "Por lo tanto, nuestro Resultados(Se abre en una ventana nueva) sugieren que el clima modula directamente estos rasgos a través de su efecto sobre el rendimiento térmico", añade Rubalcaba. Demanda y suministro de oxígeno en ectotermos acuáticos SCALE desarrolló un modelo biofísico para investigar el suministro y la demanda de oxígeno en los peces, teniendo en cuenta los mecanismos fisicoquímicos que impulsan la transferencia de oxígeno a través de la superficie branquial. "Utilizamos el modelo para investigar la interacción entre la temperatura del agua, la disponibilidad de oxígeno, el tamaño corporal y el nivel de actividad en la tasa metabólica y el rendimiento fisiológico de los peces", destaca Rubalcaba. El modelo predice que los animales grandes y activos tendrán una capacidad limitada para obtener el oxígeno necesario para satisfacer su demanda fisiológica en aguas más cálidas.

Por lo tanto, ESCALA Resultados(Se abre en una ventana nueva) sugieren que el calentamiento global perjudicará el rendimiento fisiológico, colocando una mayor carga metabólica en individuos más grandes en el futuro. La evolución del tamaño y la forma del cuerpo en los murciélagos "También investigamos cómo el tamaño del cuerpo, el tamaño del ala y la temperatura interactúan para determinar los costos del vuelo y los costos de la termorregulación. El modelo muestra que las alas grandes reducen los costos de vuelo, pero aumentan las tasas de disipación de calor, lo que aumenta los costos de la termorregulación, especialmente en climas fríos", confirma Rubalcaba. Utilizando datos morfológicos de especies de murciélagos, SCALE descubrió que la relación entre la superficie y la masa de las alas evoluciona hacia una forma óptima y que la fuerza de la selección es mayor entre las especies que viven en climas fríos, lo que coincide con las predicciones teóricas. Proyecto Resultados(Se abre en una ventana nueva) Por lo tanto, sugieren que el clima influye en la evolución del tamaño corporal en los murciélagos a través de su efecto sobre la demanda de energía. A partir de estos resultados, se demuestra que el clima tiene una influencia directa en la demanda de energía y el rendimiento fisiológico que, a su vez, afectan en última instancia a la evolución de los rasgos fenotípicos. «Además, los modelos biofísicos pueden capturar los mecanismos clave que impulsan las interacciones entre los organismos y el clima y, por lo tanto, pueden utilizarse para predecir las respuestas de los organismos al cambio climático», concluye Rubalcaba.