Estudio del cambio climático y su efecto en las aves en México: enfoques actuales y perspectivas futuras

Study of the climate change and its effect on birds in Mexico: present focuses and future perspectives

Teresa Patricia Feria Arroyo,¹ Gerardo Sánchez-Rojas,² Raúl Ortiz-Pulido,²* Jessica Bravo-Cadena,² Edith Calixto Pérez,³ Jon M. Dale,⁴ Jennifer N. Duberstein,⁵ Patricia llloldi-Rangel,⁶ Carlos Lara⁷ y Jorge Valencia-Herverth²

¹ Biology Department, The University of Texas-Pan American. 1201 West University Drive Edinburg, Texas, 78539, EUA.

³ Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. Av. Liga Periférico-Insurgentes Sur 4903, Colonia Parques del Pedregal, Delegación Tlalpan, 14010, México, DF.

⁴ Texas Environmental Studies and Analysis. Kingsville, Texas, 78363, EUA.

⁵ Sonoran Joint Venture. 738 North 5th Avenue, Suite 102, Tucson, Arizona, 85705, EUA.

⁶ Laboratorio de Sistemas de Información Geográfica, Instituto de Biología, Universidad Nacional Autónoma de México. Circuito exterior s/n, Ciudad Universitaria, 04500, México, DF.

⁷ Centro de Investigación en Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Tlaxcala. Km 10.5 Autopista Tlaxcala-San Martín Texmelucan, San Felipe Ixtacuixtla, Tlaxcala, 90120, México.

Recibido: 5 de mayo de 2012
Revisión aceptada: 20 de marzo de 2013.
Editor asociado: Leonardo Chapa Vargas.

Resumen

El cambio climático está impactando la biodiversidad en el planeta. En México diferentes líneas de investigación se han desarrollado para estudiar los efectos del cambio climático en la distribución de su avifauna. Entender qué enfoques se usan en el país para estudiar este fenómeno puede ayudar a planear mejor los esfuerzos de conservación, determinar qué especies y sitios serían los más afectados, ubicar qué lugares y qué proyectos deberían recibir más atención para asignar los pocos recursos económicos existentes de manera más eficiente. En este documento describimos los enfoques usados por ocho grupos de investigación que estudian los efectos del cambio climático en la avifauna mexicana. El 87.5% usó tres escenarios de cambio climático: A1B, A2 y B2. Todos los grupos, salvo uno, usaron las variables de WorldClim. El 62.5% usó los modelos de circulación general canadiense (CCCMA) y australiano (CSIRO) y el 87.5% usó GARP o MaxEnt para modelar la distribución de especies. Se requiere avanzar en cuatro áreas: (1) elaborar mapas climáticos con mayor resolución, (2) incrementar la colaboración entre grupos de investigación, (3) realizar estudios de identificación de especies y áreas en mayor riesgo, y (4) aplicar los conocimientos que se tienen a la fecha. Proponemos 17 recomendaciones que, de seguirse, podrían determinar que el desarrollo futuro de estas cuatro áreas influya en la conservación de las aves habitando en México. Los resultados de este trabajo podrían ayudar a los científicos, tomadores de decisiones y manejadores de recursos naturales a planear estrategias de conservación apropiadas para el futuro.

Palabras clave: avifauna mexicana, cambio climático, modelos de distribución de especies.

Abstract

Global climate change is affecting the world's biodiversity. In Mexico, several lines of research have been developed to forecast the effects of climate change on bird distributions. Knowing which methods are used in Mexico to study the phenomenon can help us to better plan our conservation efforts, determine which species and sites could be most affected, establish which sites and projects must receive more attention to mitigate climate change impacts, and assign limited economic resources in a more efficient way. Here we explore the different approaches used by eight research groups that study the effects of climate change on Mexican avifauna. To date, 87.5% of these groups used three climate change scenarios: A1B, A2 and B2. All groups except one used climatic variables gathered from WorldClim. Further, 62.5 % of the groups use the Canadian (CCCMA) and Australian (CSIRO) general circulatory models and 65% use GARP and MaxEnt species distribution models. There is a need to (1) develop climatic maps with higher resolution, (2) increase collaboration among research groups, (3) identify individual species and areas at major risk, and (4) apply the knowledge already obtained. We propose 17 recommendations for the development of future studies of the effects of global climate change on birds in Mexico. The results of this work could allow policy makers and land managers to plan the most appropriate conservation strategies for the future.

Key words: Mexican avifauna, climate change, species distribution models.

Introducción

Entre los grupos de fauna que han sido más estudiados por su respuesta rápida al CCG están las aves (Crick 2004, Sekercioglu et al. 2008). La gran cantidad de estudios se debe a que, comparado con otros grupos biológicos, se ha acumulado gran cantidad de conocimiento sobre ellas en los últimos 300 años, su taxonomía alfa está relativamente bien establecida, hay muchos profesionales y aficionados a las aves (lo que proporciona numerosos registros verificados), su muestreo es relativamente fácil y poco costoso, y en algunas áreas, como en EUA y Europa, hay seguimiento de su distribución y abundancia por períodos relativamente largos (e. g., Christmas Bird Count, Breeding Bird Survey).

Estas características han facilitado que se hayan realizado estudios que evidencian modificaciones en aspectos básicos de la biología de las aves posiblemente debido al CCG. Entre estos aspectos están sus periodos de migración y anidación, sus tamaños poblacionales, la distancia que migran y su distribución (e. g., Crick 2004, Parmesan 2006, Peterson et al. 2010). Además, existen predicciones que indican que, debido en parte al cambio climático pero también debido al cambio de uso del suelo, muchas especies de aves, sobre todo las endémicas y especialistas, se podrían extinguir en las siguientes décadas por reducción de su hábitat (Sekercioglu et al. 2004, Thomas et al. 2004). Por todo ello, las aves pueden ser usadas en la evaluación de los efectos de cambios de la calidad de su hábitat debido a los cambios en los patrones de temperatura y precipitación (Bock y Zach 2004), pues permiten monitorear el efecto del CCG en ecosistemas naturales o con influencia humana.

Si las aves son perturbadas negativamente por el CCG, esto afectará a los humanos directa o indirectamente debido a que las aves son proveedoras de servicios ecosistémicos tales como la polinización, dispersión de semillas, control de plagas, entre otros. Se ha calculado que las aves que consumen néctar polinizan cerca del 15% de las plantas en muchos sitios de América (Buzato et al. 2000); que las aves consumidoras de frutos dispersan entre el 30 y 70% de las semillas de plantas leñosas en América y Australia (Willson et al. 1989), y que las aves que consumen insectos pueden controlar entre el 20 y 70% de las poblaciones de invertebrados y reducir hasta en 10% las plagas de cultivos (Sekercioglu 2006). Estos y otros procesos podrían verse afectados al resentir las aves el CCG.

El efecto del CCG sobre una especie de ave podría ser entendido mejor si se consideran escalas de análisis a una resolución fina (Peterson et al. 2010). Esto es debido a que comúnmente en unidades de análisis de ~50 km de resolución se asume que el clima es homogéneo en el paisaje; esto impide identificar microrefugios donde las especies pueden persistir a pesar del CCG (Ashcroft et al. 2009). En este sentido, cobra relevancia el hacer estudios a resolución más fina y a nivel país ya que esta información podría ayudar a conservar mejor la avifauna y sus servicios ambientales a este nivel.

Se han publicado pocos estudios sobre el efecto del CCG en las aves en México. En el país, los trabajos de T. Peterson (University of Kansas), A. Navarro (Facultad de Ciencias, UNAM) y E. Martínez Meyer (Instituto de Biología, UNAM) son pioneros. Algunos de estos trabajos sugieren que algunas especies podrían extinguirse localmente o ampliar su distribución dependiendo de sus capacidades de dispersión (Peterson et al. 2001), de su amplitud de nicho (Peterson et al. 2002) y de su nicho actual (Bravo-Cadena 2010). Según Peterson et al. (2002) el recambio de las especies en las comunidades de aves en México podría superar el 40% para el año 2055, ya que muchas especies podrían desaparecer o ser desplazadas por otras. Sin embargo, estos cambios podrían ser mayores pues los estudios citados no han considerado el efecto del cambio de uso del suelo, fragmentación y deterioro del hábitat o la urbanización.

A pesar del esfuerzo hecho a la fecha en México, falta realizar estudios que, entre otras cosas, ayuden a determinar el efecto del CCG en grupos de aves en peligro, en zonas aun no estudiadas y en aves que proveen servicios ecosistémicos que repercuten directamente en el bienestar humano. Los resultados de estos trabajos podrían permitir planear mejor los esfuerzos de conservación, determinar qué especies y sitios serían los más afectados, ubicar qué lugares y qué proyectos deberían recibir más atención para mitigar el efecto del cambio climático, y asignar los pocos recursos económicos existentes de manera más eficiente. Para que los estudios futuros tuvieran mayor utilidad, estos deberían atacar puntos clave de nuestro desconocimiento sobre el tema. Sin embargo, a la fecha no se ha realizado una revisión sobre lo que se hace en el tema en el país, sobre lo que conocemos, lo que falta por investigar, ni del conocimiento que ya se puede aplicar en la conservación.

El objetivo de este escrito es prospectivo y propositivo. Es prospectivo porque buscamos describir aquí algunos de los enfoques usados en México para entender el posible efecto del CCG en las especies de aves. En particular, deseamos determinar qué escenarios de cambio climático se usan, qué variables ambientales se ocupan, cuáles modelos de circulación general son utilizados, qué algoritmos se trabajan, qué grupos de especies y temas son modelados o estudiados en México, y qué años se contemplan. El escrito también es propositivo porque, a través de un ejercicio colegiado de reflexión, planteamos las necesidades que, desde nuestro punto de vista, se tienen a nivel país y las acciones que se podrían realizar para avanzar mejor en el entendimiento del efecto del CCG en las aves que lo habitan, así como en la aplicación práctica de lo ya conocido.

Materiales y métodos

A los representantes de cada uno de los ocho grupos de investigación participantes en la reunión científica se les preguntó qué escenarios de cambio climático, variables ambientales, modelos de circulación general y algoritmos para la construcción de nichos ecológicos trabajaban, así como qué años, grupos de especies y temas modelaban o estudiaban en un contexto de CCG en México. Sus respuestas permitieron determinar el porcentaje de grupos que usaba, por ejemplo, un modelo particular de circulación general o un escenario de cambio climático. En los resultados analizamos la información de los grupos de investigadores participantes en la reunión científica, no a nivel de investigadores individuales ni de instituciones. Creemos que los ocho grupos representan cerca del 70% de los grupos que actualmente realizan investigación sobre el efecto del CCG en aves en México. Estamos conscientes de que deben también existir otros esfuerzos de los que no tenemos conocimiento, pero hicimos todo lo posible por identificarlos. Una consulta realizada a finales del año 2011 en la lista electrónica de discusión "Ornitológica de México", mantenida por CIPAMEX desde el año 2001, donde participan 597 personas interesadas en la ornitología mexicana, sólo nos permitió detectar otras dos personas más trabajando en el tema, pero en ambos casos en una fase inicial. Desafortunadamente, otros dos grupos que se sabe que trabajan el tema no enviaron respuesta a la solicitud de información que se les mandó. Un estudio más completo debería incluir a todos los grupos.

Resultados

Las instituciones donde están los grupos que participaron en nuestra reunión científica se ubican principalmente en el centro de México, en las ciudades de Pachuca, Tlaxcala, Xalapa y DF, aun cuando hay dos grupos ubicados físicamente en Arizona y Texas, EUA (Cuadro 1). El 50% de los grupos realiza estudios a nivel nacional, mientras que el 25% a nivel regional o estatal (Cuadro 1), lo que conlleva a que prácticamente la totalidad de los tipos de vegetación, zonas climáticas y geográficas del territorio nacional estén siendo estudiadas por estos grupos. Los grupos de investigación ocupan cinco escenarios climáticos planteados por el Panel Intergubernamental en Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en ingles), siendo el más usados el A2 (en 87.5% de los grupos) y el B2 (75%; Cuadro 1). El escenario A2 asume una población humana mundial en continuo crecimiento, degradación y pérdida del bosque, un alto nivel de contaminación y de emisiones de CO2; en este escenario, el desarrollo económico está orientado básicamente a las regiones y el crecimiento económico por habitante, y el cambio tecnológico es fragmentado y lento. El escenario B2 asume estrategias de conservación de recursos y energía con un decremento en la producción de emisiones de CO2 a mitad del siglo; describe un mundo en el que predominan las soluciones locales a la sostenibilidad económica, social y medioambiental (IPCC 2007). En cuanto a variables ambientales, el 87% de los grupos usan las facilitadas por WorldClim (Hijmans et al. 2005); únicamente uno de los grupos (CONABIO-UNAM) trabajó directamente con datos de temperatura y precipitación proporcionados por el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM, generando sus propias coberturas de clima. Los grupos de investigadores han utilizado ocho modelos de circulación general, siendo dos los más usados (62.5% de los grupos) el CCCMA (Canadian Center for Climate Modelling and Analysis, por sus siglas en inglés) y el CSIRO (Australia's Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, por sus siglas en ingles), y utilizan más frecuentemente MaxEnt (87.5%) como algoritmo para general modelos de nicho ecológico, aunque GARP es también comúnmente usado (50%; Cuadro 1).

El modelado de la distribución de las aves habitando en México se ha hecho considerando cinco años ubicados entre 2020 y 2080. El año más modelado es el año 2050 (en 75% de los grupos; Cuadro 1), aunque los años 2020 y 2080 son también comúnmente usados (50% en ambos casos). Las especies de aves más estudiadas son las prioritarias para su conservación (50%) aunque también las endémicas son estudiadas (37.5%; Cuadro 1). Los temas más abordados son los de distribución (75%) y conservación (50%; Cuadro 1).

Nuestro análisis de necesidades (Cuadro 2) nos permitió concluir que en México: (1) deben realizarse trabajos con mayor resolución espacial, (2) es necesario iniciar colaboraciones entre los distintos grupos para alcanzar conclusiones generales, (3) es conveniente identificar especies y áreas de mayor riesgo para enfocar esfuerzos, y (4) se deben realizar más estudios básicos (por ejemplo, para poner a prueba predicciones de tolerancia de una especie a los cambios en el nivel de mar o desaparición de su hábitat e interactuantes) y de aplicación directa (por ejemplo, incorporar resultados a la normatividad vigente; Cuadro 2). Proponemos 17 recomendaciones que pueden cubrir estas necesidades en el país. Las necesidades de estudios y de aplicación son las que agrupan un mayor número de acciones propuestas (Cuadro 2).

Discusión

Nuestro análisis nos permite decir que los grupos de investigación estudiando el efecto del CCG en las aves en México usan prácticamente los mismos escenarios climáticos, variables ambientales, algoritmos para estimar la distribución de las especies y años de modelación (Cuadro 1). El análisis también nos permite entender que en México se están siguiendo pautas mundiales (Crick 2004) pues estamos en un momento de modelado predictivo y nos falta desarrollar métodos para probar las predicciones elaboradas a la fecha. Aun cuando no es factible probar qué pasará en, por ejemplo, el año 2080 sino hasta que lleguemos a ese año, se podría empezar a probar experimentalmente la tolerancia de las especies a las condiciones predichas en los modelos (e. g. , utilizando modelos fisiológicos que se han desarrollado para lagartijas; Sinervo et al. 2010). En este sentido, las necesidades detectadas y las acciones propuestas podrían ayudarnos a planear mejor las estrategias a seguir en el futuro, sobre todo si queremos ser más eficientes en la conservación de las aves.

Asimismo, detectamos que la mayoría de los grupos incluidos en el análisis son usuarios de las técnicas de generación de modelos de nicho ecológico y de distribución de especies, pero aun no han pasado a la validación de los modelos obtenidos (con excepción de ejemplos como Feria 2007, Mota 2011) o a la realización de investigaciones que demuestren, a través de estudios de campo o laboratorio, los efectos potenciales del CCG en aspectos como la fisiología y comportamiento de las especies (e. g., Burger 1998), la disponibilidad de alimento y la estructura de las redes de interacciones (e. g. , Lara-Rodríguez et al. 2012). Esta falta de validación debe de ser revertida, pues muchos de los resultados de estas investigaciones podrían estarse utilizando como base para plantear estrategias de conservación a nivel local (e. g. , municipios y estados). También detectamos que el conocimiento científico generado hasta la fecha en el área ha tenido poca influencia o aplicación en el desarrollo de políticas públicas relacionadas con la conservación de las aves en el país. En el área de CCG y su efecto en la avifauna, tanto la falta de validación de los modelos obtenidos como la ausencia de aplicación es una constante a nivel mundial (Crick 2004), pues hay una desvinculación entre el conocimiento adquirido y su aplicación. Por ejemplo, a la fecha, los resultados obtenidos en aves en el país no han tenido un efecto en la legislación ambiental en México. Aplicar los conocimientos adquiridos podría ser vital para la conservación de algunas especies de aves, pues es posible que varias especies residentes o especialistas de hábitat estén sufriendo la desaparición de las condiciones ambientales en las que se distribuyen, situación que seguramente se ve agravada por otros fenómenos, como el cambio de uso de suelo cuyo efecto es difícil de diferenciar del ocasionado por el CCG. En el futuro, sería conveniente considerar estos resultados en, por ejemplo, la revisión de las categorías que tienen las especies de aves en la NOM-059-SEMARNAT-2010 (SEMARNAT 2010), en el diseño de redes de áreas naturales protegidas y de Áreas de Importancia para la Conservación de las Aves (Arizmendi y Márquez 1999) y en el establecimiento de estrategias de manejo sustentable de los recursos naturales. Estas y otras necesidades de aplicación se detallan en el Cuadro 2.

Aun cuando todas las acciones propuestas en el Cuadro 2 son relevantes de llevar a cabo, creemos que las planteadas en las necesidades de colaboración y aplicación son prioritarias. Del análisis de la ubicación geográfica de los ocho grupos de investigación analizados es evidente que la mayoría de los grupos que están trabajando en aspectos de CCG y aves se concentra en el centro de México (Cuadro 2). Por ello, es necesaria la creación de vínculos académicos con otros grupos de investigación localizados en zonas del país poco representadas. Esto se podría lograr, por ejemplo, a través de la creación de una red interinstitucional de investigadores trabajando en el tema. A través de la colaboración se podría avanzar de manera colegiada y adquirir y contrastar el conocimiento más rápidamente. Por su parte, a través de la aplicación se podría reducir la brecha entre los creadores del conocimiento, los tomadores de decisiones y los que aplican este conocimiento. Al considerar el efecto del CCG en las aves, un mecanismo de transferencia de información que contemple colaboración y aplicación podría resultar en acciones puntuales que permitirían la conservación de las aves en México; además de que retroalimentaría a los participantes al plantear nuevas interrogantes y necesidades.

Por último, es notorio que los grupos de investigación trabajando el tema en el país se centran mayoritariamente en utilizar modelos de nicho ecológico (e. g., GARP, MaxEnt) con los que se construyen distribuciones potenciales de las especies para inferir los posibles efectos del CCG en la avifauna, dejando a un lado otras aproximaciones. Otros enfoques que sería interesante que se exploraran son: (1) usar correlaciones entre el clima y la fecha de primer arribo en la migración, la fecha de puesta o la velocidad de migración (e. g., Barton y Sandercock 2011); (2) ocupar indicadores de stress ambiental como parámetros demográficos, análisis de hematocrito, declinación de especies de alta montaña o efectos en las poblaciones por fuera de la temporada de anidación (e. g., Byrd et al. 2011), y (3) utilizar la aproximación de "comunidades no análogas" (e. g., Holt et al. 2011). Todas estas opciones ofrecen muchas posibilidades de investigación. Por ejemplo, el enfoque de "comunidades no análogas" permite explorar cuál sería el efecto de que el nicho ecológico realizado de las especies se pudiera modificar por efecto del CCG. Así, se puede modelar cuándo y dónde podrían aparecer y desaparecer este tipo de comunidades considerando respuestas latitudinales, tamaño del cuerpo, tamaño de la distribución actual, tolerancia a efectos humanos, resistencia fisiológica, respuesta a eventos climáticos extremos, funciones del ecosistema y biodiversidad, entre otros aspectos. En todo caso, sería conveniente que en México se exploraran otros modelos alternativos al de correlación distribución-clima, pues esta última aproximación asume que en el futuro se mantendrá la correlación abiótica distribución-clima, lo cual podría no ser cierto en todos los casos.

En síntesis, en este escrito presentamos los enfoques que se usan en México para el estudio del efecto del CCG en la distribución de las aves, así como las necesidades y acciones que nos permitirían conocer y aplicar más lo que sabemos sobre el efecto de este fenómeno en especies de aves habitando en México. A través de un análisis colegiado concluimos que existen cuatro tipos de necesidades que podrían ser cubiertas con 17 recomendaciones. Creemos que, si los estudios y trabajos futuros en el país se enfocan a desarrollar las acciones indicadas aquí, a corto plazo podríamos estar aplicando nuestro conocimiento para enfrentar de mejor manera los efectos del CCG en la avifauna mexicana.

Agradecimientos

Agradecemos el apoyo económico de la CONABIO, así como a CIPAMEX y a la Universidad Autónoma de Sinaloa por la ayuda logística prestada para realizar nuestra reunión en el XI Congreso para el Estudio y Conservación de las Aves en México. De manera particular cada autor agradece a su institución (CONABIO, CICB-UAT, INECOL, Sonoran Joint Venture, Texas Environmental Studies and Analysis, UAEH, UNAM y The University of Texas-Pan American) el apoyo recibido que permitió recabar el conocimiento y experiencia presentados en este documento. A O. Rojas, M.A. Martínez y dos revisores anónimos por las sugerencias hechas a una versión preliminar del este trabajo. Agradecemos a CUMEX, la Universidad de Quintana Roo y la UAEH por apoyar una estancia académica de ROP durante la cual desarrolló versiones iniciales de este escrito.

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