El conocimiento sobre las distribuciones geográficas de las especies en escenarios presentes o futuros es esencial para definir sustitutos para las estrategias sistemáticas de planificación de la conservación y, posteriormente, priorizar las áreas de conservación que tienen más probabilidades de apoyar la adaptación al cambio climático en las acciones de conservación. Este sistema integrado establece una línea base de la biodiversidad para las múltiples regiones de Colombia.
Entender las distribuciones geográficas de las especies, tanto en el presente como en el futuro, es de suma importancia para determinar sustitutos adecuados para las estrategias de planificación sistemática de la conservación. Este conocimiento nos permite priorizar las áreas de conservación que tienen una mayor probabilidad de apoyar la adaptación efectiva al cambio climático en las acciones de conservación. El Instituto de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt, con el apoyo de la National Geographic Society (AI for Earth Innovation Grant NGS-86896T-21), creó una herramienta de apoyo para integrar, procesar y analizar información de distribución de especies. Usamos este sistema integrado para establecer mediciones de referencia de la representatividad de la biodiversidad en múltiples regiones de Colombia, considerando los efectos del cambio climático. Nuestro sistema genera refugios climáticos terrestres y mapas de distribución de especies para informar a la Red de Observación de la Biodiversidad de Colombia (BON), SIM-SINAP, BioTablero y otras herramientas nacionales, que requieren monitorear áreas de conservación complementarias resilientes al cambio climático en Colombia.
Muestra los resultados y productos asociados a un sistema integrado diseñado para modelar mapas de distribución de especies e identifica áreas de conservación complementarias en Colombia utilizando escenarios de cambio climático (Con el apoyo de National Geographic Society -AI for Earth Innovation Grant NGS-86896T-21). Esperamos que este sistema establezca una línea de base de biodiversidad en las múltiples regiones de Colombia.
objetivos
- Estimar la distribución potencial de múltiples especies bajo escenarios de cambio climático utilizando métodos de modelado de nicho ecológico (actual, 2050, 2070; aves, ranas, lagartijas, mamíferos y plantas).
- Mejorar la plataforma de Biomodelos para actualizar la información de distribución de especies y generar modelos de distribución de especies de alta resolución, brindando servicios web que permitan consultar algunos mapas de especies.
- Integrar herramientas independientes con BioModelos para identificar áreas de conservación estratégicas complementarias. (Flujos indicador SIM-SINAP).
- Calcular la extensión del área que aseguraría que las especies se conserven adecuadamente en diferentes tipos de ecosistemas.
Impacto geográfico
Los modelos están enriquecidos con datos de campo, colecciones biológicas y datos de ciencia ciudadana, lo que permite guiar de manera efectiva las iniciativas de conservación en toda Colombia. Además, las herramientas diseñadas a través de este proyecto son de aplicación universal y trascienden las fronteras geográficas, ya que están diseñadas para ser usadas por múltiples personas siguiendo los materiales de formación proporcionados.
Motivación
El Instituto de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt implementa el BON Colombia y forma parte del Sistema Nacional Ambiental, brindando apoyo técnico al Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible de Colombia. Por lo tanto, el sistema se compartirá ampliamente en toda la comunidad GEO BON de la Red de Observación de la Biodiversidad de Colombia (BON) y con un nivel de generalización para facilitar el desarrollo de otros BON nacionales y regionales. El proyecto promoverá el amplio uso de las observaciones de la Tierra en la investigación de la biodiversidad a través de la generación de viñetas de casos de uso de software y otras guías y materiales de capacitación. Es importante destacar que MinAmbiente/SINAP estan usando información consolidada para informar acciones específicas a través de mandatos del Consejo Nacional de Política Económica y Social (CONPES 4050), la máxima autoridad nacional de planificación del gobierno colombiano.
metodología
- Herramienta de modelamiento
- Caso 1: Una especie
- Los modelos de distribución de especies (SDM) son modelos computacionales que se utilizan para predecir la distribución geográfica potencial de las especies en función de las variables ambientales. Este ejemplo puede ser usado para obtener modelos de nicho ecológico para una sola especie.
- Caso 2: Especies con pocos registros
- El rendimiento predictivo de los SDM se ve fuertemente afectado por la cantidad de registros empleados durante su desarrollo. Mientras que las predicciones basadas en tamaños de muestra grandes generalmente arrojan resultados superiores en comparación con los derivados de conjuntos de datos más pequeños. Por lo tanto, este ejemplo podría usarse para ejecutar ENM para una sola especie con muestras pequeñas.
- Caso 3: Multiples especies
- En este ejemplo, vamos a trabajar con ocurrencias de la Cotorra Monje o Myiopsitta monachus. La cual es originaria de América del Sur, particularmente de Argentina. Esta especie de ave ha establecido poblaciones con éxito en varias partes del mundo, incluidas América del Norte, Europa y Asia. Por lo tanto, ejecutaremos un ENM de la Cotorra tomando en cuenta su adaptabilidad y resiliencia para colonizar nuevos hábitats, para describir un proceso de invasión de la especie.
- Caso 4: Proyectando a diferente periodo
- Los modelos de nicho se han convertido en herramientas esenciales para estudiar los impactos del cambio climático en la distribución de las especies, permitiendo una mejor previsión de las áreas de distribución futuras en comparación con métodos anteriores. Al aplicar los modelos desarrollados para proyectar el modelo en divisiones de tiempo, podemos obtener información sobre cómo las especies podrían responder a las condiciones ambientales cambiantes o expandir sus áreas de distribución.
- Caso 5: Múltiples especies
- En este ejemplo, vamos a trabajar con apariciones del Periquito Monje o Myiopsitta monachus. Originaria de América del Sur, particularmente de Argentina, esta especie de ave ha establecido poblaciones con éxito en varias partes del mundo, incluidas América del Norte, Europa y Asia. Por lo tanto ejecutaremos un ENM para describir un proceso de invasión de Myiopsitta monachus que se caracteriza por su adaptabilidad y resiliencia para colonizar nuevos hábitats.
Resultados generales
Productos
Sistema de modelado de distribución de especies para identificar áreas de conservación
Biomodelos-sdm tool: Este repositorio almacena funciones para automatizar la construcción de Modelos de Distribución de Especies (SDM). Estas funciones utilizan una rutina general SDM automatizada y versátil que consta de varios pasos. En primer lugar, dan formato a los datos de ocurrencia según sea necesario y crean áreas geográficas para entrenar y proyectar modelos si se desea. En segundo lugar, recortan y enmascaran las variables ambientales para las condiciones actuales y futuras. En tercer lugar, las funciones entrenan SDM utilizando uno o más algoritmos y evalúan su desempeño cuantitativamente. Finalmente, los mejores modelos se combinan utilizando un enfoque de conjunto y se pueden hacer proyecciones para varios escenarios según se desee.
Refugios climáticos y áreas de importancia para la BD
Los ecosistemas de Colombia son de alto valor por sus altos valores de riqueza y endemismo de especies. Sin embargo, su biodiversidad y los servicios que provee se encuentran en riesgo, debido a las trasformaciones ocurridas en el Antropoceno (alta densidad de poblaciones, alta demanda y producción agrícola, salinización y contaminación de aguas, cultivos de uso ilícito), y particularmente por los efectos del cambio climático. Específicamente, el cambio climático podría llevar a las poblaciones biológicas a modificar su distribución hacia altitudes y latitudes diferentes a las que históricamente han ocupado o a extinguirse en el caso de no poder dar respuesta al cambio. Estos cambios en la biodiversidad implican modificaciones de los ecosistemas y con ello pérdida de servicios ecosistémicos. Por lo tanto, conocer los impactos del cambio climático e identificar sitios potenciales de especial cuidado por su vulnerabilidad o por resiliencia, es necesario para desarrollar alternativas basadas en la naturaleza que contribuyan a la conservación de las especies y estabilidad de los ecosistemas.
Si bien las especies son susceptibles al cambio climático debido a que aumentos o reducciones en la temperatura afectan sus ciclos de reproducción y desarrollo, el uso de refugios climáticos o zonas de estabilidad climática puede reducir dicha vulnerabilidad. Es decir, la respuesta de la biodiversidad dependerá de la biología de cada especie, su respuesta al entorno, la estabilidad climática de ciertas zonas y la conectividad entre ellas. Pero también dependerá de que las especies encuentren refugios en los que se aminoren los efectos del cambio climático y haya las condiciones necesarias para subsistir. Se ha propuesto que dichos refugios pueden encontrarse en zonas de montaña y transiciones entre regiones biogeográficas. Pero para Colombia la búsqueda de este tipo de refugios apenas comienza (encuentralos aquí).
Identificar áreas de conservación complementarias basadas en la conectividad
Una estrategia clave para garantizar el mantenimiento de la biodiversidad a largo plazo, pero también un objetivo global para medir el progreso hacia la conservación de la biodiversidad, es promover áreas que tengan más probabilidades de aumentar la conectividad entre los hábitats restantes. Los altos niveles de conectividad del paisaje son fundamentales para la adaptación de las especies al cambio climático antropogénico, ya que facilitan que los individuos y las poblaciones rastreen las condiciones climáticas adecuadas. El nivel de conectividad entre áreas protegidas (AP) también afecta la capacidad de las especies para colonizar y sobrevivir en hábitats que reducen el riesgo de extinción de las especies. Identificamos las áreas prioritarias que pueden incluirse como estrategias de conservación complementarias al incluir corredores que conecten las áreas protegidas actuales. El flujo de trabajo y todos los códigos asociados se pueden encontrar aquí:
https://github.com/afsuarezca/Prioritization_connectivity_Colombia/tree/main y https://github.com/PEM-Humboldt/Prioritization_connectivity_Colombia
BioModelos de especies en respuesta al CC
Dentro de esta línea temática se han desarrollado algunos cruces de información de grupos taxonómicos versus variables climáticas asociadas utilizadas como proxis de cambio climático. Un ejemplo de esto es el cruce realizado para identificar la concentración de aves en categoría Vulnerable y alta vulnerabilidad al cambio climático. En el caso de las aves se han observado fuertes fluctuaciones en su abundancia entre entornos urbanos y rurales debido a variaciones del clima y la reducción de la vegetación, que provocan cambios en las épocas de floración y fructificación de las plantas.
Concentración de aves
en categoría Vulnerable
y alta vulnerabilidad al
cambio climático
Los valores más altos de especies,
entre 139 y 168 especies, se presentan en los departamentos de Caquetá, Guaviare, Putumayo, Guainía, Vaupés, y Amazonas. Toda la costa del Pacífico colombiano presenta valores intermedios de aves vulnerables, 47 a 96 especies, mientras que el piedemonte andino amazónico presenta valores bajos de especies
vulnerables, 19 a 47 especies.
Hasta el momento son pocas las
representaciones geográficas de
sitios con especies vulnerables al
cambio climático, de acuerdo a
su ecofisiología. Por lo tanto, con
base en la disponibilidad de mapas de distribución de las
aves11, el listado de aves
vulnerables y con alta
vulnerabilidad al cambio
climático12, se elaboró un mapa
de concentración de aves
colombianas vulnerables al
cambio climático sumando a los
BioModelos.
78 %
del total de aves de Colombia serán altamente vulnerables a los impactos del cambio climático en la región de la Amazonía -168 especies-, Pacífico -152 especies- y zonas altas de los Andes -59 especies-, áreas con mayor concentración de especies.
31 %
de 235 especies de aves aumentó su abundancia, el 20 % disminuyó y el 49 % no cambió.
301
especies de aves perderán en promedio entre el 33 y el 43 % de su área de distribución total bajo el clima futuro y hasta 18 especies podrían perder su área de distribución climáticamente adecuada por completo.
El mapa actual indica que son muchas más las aves con alta vulnerabilidad al cambio climático de lo proyectado y que se encuentran distribuidas en zonas diferentes a los Andes. La pérdida de especies debido al cambio climático, produce cambios en la composición y en consecuencia la reestructuración ecológica de los ecosistemas y la provisión de SS. EE.
Concentración de aves
Vulnerables (VU) por
departamento
Los departamentos de la Amazonía, junto con Nariño y Caldas son los que tienen mayor número de aves Vulnerables (VU). Mientras que los departamentos de la Guajira, Magdalena, Atlántico y Tolima
presentan los valores más bajos de
especies, esto sin dejar de ser
significativos entre una y 53 especies.
Con base en información anterior, se estimaba que los departamentos con mayor número de especies de aves Vulnerables (VU) son Cauca, Nariño, Antioquia, Boyacá, Meta y Cundinamarca-11. Sin embargo, las cifras se actualizan según la prioridad de los departamentos si se considera el número de aves vulnerables al cambio climático. Es decir, los seis primeros departamentos en prioridad serían Vaupés -28-, Guainía – 26-, Amazonas -24-, Guaviare -24-, Vichada -23-, Caquetá 16-, y Putumayo -15-. Por lo tanto, se mueven las prioridades desde departamentos con alto valor por su riqueza de especies ubicados en los Andes, a departamentos con alto valor por la presencia de aves vulnerables al cambio climático en la Amazonía.
Estos cruces son fundamentales para generar información que puede direccionar las acciones de conservación. Por ejemplo, a partir del mapa de concentración de especies vulnerables de aves ante el cambio climático, se deben generar acciones de conservación y correcta gestión de la biodiversidad en regiones como la Amazonía y el Pacífico colombiano, ya que sus elementos -diversidad de ecosistemas, especies y genes-, pueden ser fundamentales en procesos de mitigación -acciones para reducir y limitar emisiones atmosféricas- y adaptación -procesos planeados y anticipativos para reducir la vulnerabilidad- ante el cambio climático.
CASOS BIOLÓGICOS APLICADOS
Mostramos dos casos de estudio en los cuales la herramienta fue utilizada para generar modelos ecológicos:
material de descarga
Acá encontrará los productos generados en el marco de este proyecto.
Equipo de trabajo
- Elkin A. Noguera Urbano – Researcher Instituto Humboldt – Equipo BioModelos
- Andrés Felipe Suárez – Griffith University, Australia – Modelos de priorización espacial
- Hawthorne Beyer – Centre for Biodiversity and Conservation Science. The University of Queensland, Australia – Modelos de priorización espacial
- Cristian Cruz Rodríguez – Instituto Humboldt – Investigador Instituto Humboldt
- Carlos Jair Muñoz – Instituto Humboldt – Equipo BioModelos.
- Jose Ochoa Quintero – Instituto Humboldt
- Erika Suarez – Instituto Humboldt – Soporte de desarrollo de la plataforma
- Luz Adriana Moreno – Instituto Humboldt
- Laura Mora – Comunicaciones
- Julián Güiza – Diseño gráfico
- Diego Armando Herrera – Diseño Web
