Emergencia de rasgos y biodiversidad

Un nuevo modelo matemático explica cómo la aparición de rasgos nuevos permite aumentar la biodiversidad de los ecosistemas.

Las Matemáticas suelen ser el mejor lenguaje para describir la ciencia. No es solamente por su precisión, sino porque, sorprendentemente, la Naturaleza se deja describir bien matemáticamente.
Hasta hace poco eran sólo las ciencias duras, como la Física, las que estaban descritas a base de Matemáticas. Esto se debía a que los procesos físicos son muy simples, aunque a primera vista no lo parezca. Los procesos biológicos, por el contrario, son muy complejos y no se dejan describir fácilmente por las Matemáticas. Además, la Biología era poco más o menos que una especie de “Filatelia” hasta hace poco, dedicada a coleccionar especies y hechos. Encima, en los estudios universitarios sobre ciencias biológicas había una escasa formación en Matemáticas, no habiendo tradición en ese campo.

Afortunadamente todo esto está cambiando. El último ejemplo lo tenemos en un descubrimiento menor realizado en la Universidad de la Columbia Británica. Allí unos investigadores han usado un nuevo modelo matemático para explicar la generación de diversidad en los ecosistemas, tanto dentro de las especies como entre ellas.
Los biólogos evolucionistas han podido ver que la aparición de características raras dentro de una población puede estimular la diversidad. Por ejemplo, ser uno de los pocos depredadores con una talla inferior en una población dominada por grandes animales puede ofrecer ventajas, como el acceso a presas pequeñas más abundantes, y aumentar las posibilidades de que este rasgo prospere dentro de la población.

Sin embargo, los modelos matemáticos que hasta ahora incorporaban estas supuestas ventajas del rasgo “raro” no funcionaban. Michael Doebeli y Iaroslav Ispolatov han creado un nuevo modelo matemático que, según ellos, sí funciona. Los modelos anteriores se basaban en una sola característica o rasgo nuevo y la ventaja que esto ofrecía no tenía peso a la hora de mantener una diversidad importante.

Estos investigadores diseñaron un modelo matemático construido sobre nociones clásicas de competición que evalúa el impacto evolutivo de varios rasgos simultáneos. Encontraron que al añadir esta capa de complejidad se rebajaba considerablemente el umbral para mantener la diversidad y la evolución de nuevas especies.

Al parecer, la aparición de un rasgo aislado no es suficiente para que las interacciones ecológicas dirijan la biodiversidad, pero varios rasgos actuando en concierto, incluso con interacciones más débiles, sí pueden generar diversidad. La aproximación considerada por estos investigadores refleja, por tanto, la complejidad de la realidad de mejor manera. Según Doebeli, si uno piensa acerca de ello, todos los organismos tienen al menos docenas, sino cientos, de rasgos ecológicamente relevantes.

El modelo puede ayudar a explicar la extraordinaria cantidad de biodiversidad encontrada en muchos ecosistemas, por ejemplo en el mundo microbiano de los océanos. De hecho, la prueba inicial del modelo podría venir precisamente de las poblaciones microbianas.
Doebeli dice que sería además interesante comprobar si a nivel genético los caminos que controlan diferentes rasgos están regulados en concierto para permitir la heredabilidad de los diversos rasgos a lo largo de múltiples ejes fenotípicos.

Y esto, ¿cómo se expresa matemáticamente? Pues este fenómeno biológico es descrito por propiedades fundamentales de autovalores de formas cuadráticas. Sí, ese concepto de autovalores y autovectores que, por cierto, permitió la creación de un motor de búsqueda que asignaba un buen rango en las búsquedas realizadas y que hizo millonarios a los creadores de Google. Pero esta es otra historia.

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