proyeccion de cambios en la temperatura del golfo de california y

PROYECCION DE CAMBIOS EN LA TEMPERATURA DEL GOLFO DE CALIFORNIA Y
EFECTOS SOBRE LA ABUNDANCIA Y DISTRIBUCION DE ESPECIES ARRECIFALES
Héctor Reyes Bonilla (1), Arturo Ayala Bocos (1), Luis E. Calderón Aguilera (2), Ma. Dinorah
Herrero Pérezrul (3) y Pedro C. González Espinosa (1)
1) Universidad Autónoma de Baja California Sur. Departamento de Biología Marina. Apartado postal
19-B, CP 23080. La Paz, B.C.S. Correo electrónico: [email protected]
2) Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada. Departamento de
Ecología. km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada. CP 22860. Ensenada, B.C. Correo electrónico:
[email protected]
3) Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, Instituto Politécnico Nacional. Avenida Instituto
Politécnico Nacional S/N. Colonia Playa Palo de Santa Rita. CP 23096. La Paz, B.C.S. Correo
electrónico: [email protected]
Resumen:
El Golfo de California es una región oceanográficamente heterogénea y sus ecosistemas responderán
de forma diferencial al cambio global. El objetivo del trabajo fue evaluar la tendencia de cambio de
temperatura en la región, y estimar sus efectos sobre la distribución y abundancia de especies
arrecifales de importancia ecológica y comercial. Se tomaron datos mensuales de temperatura
(1983-2006) para 27 cuadrantes de 1° x 1°, cubriendo la totalidad del área de estudio. Posteriormente
se calculó la tasa de cambio por cuadrante y se pronosticó la temperatura hasta 2050, bajo un escenario
conservativo (lineal). La elevación media de temperatura en el golfo se estimó en 0.63° C para 2050,
pero no será homogénea; las mayores tasas de elevación se pronostican para el sur de Sonora (> 3%
anual) y las más bajas en el sureste de Baja California. Con esta información efectuamos un análisis de
la respuesta de especies comerciales a partir de modelos de nicho ecológico y datos de abundancia de
2005-2007. Observamos que la principal especie de coral arrecifal (Pocillopora verrucosa) extenderá
su distribución, pero otras de gran valor económico (el pepino café Isostichopus fuscus, el ángel de
Cortés Pomacanthus zonipectus y la cabrilla sardinera Mycteroperca rosacea) bajarán notablemente su
abundancia al sur de 25° N. Finalmente, modelamos la respuesta de las 20 especies de peces más
abundantes del golfo para estimar cambios a escala comunitaria. La simulación indica que las especies
responderán de manera individual, y que ello producirá desequilibros en la función y estructura de los
ensamblajes.
1
Palabras clave: Modelos de nicho ecológico; Cambio global; Ecología poblacional; Diagnóstico
pesquero
Keywords: Ecological niche models; Global change; Population ecology; Fishery diagnoses.
Area temática principal: Conservación de los ecosistemas y biodiversidad.
2
El Golfo de California alberga más de 800 especies de peces y sobre 4,500 de invertebrados
(Brusca et al., 2005), y es área clave para las pesquerías artesanales en México (SAGARPA, 2000). La
región presenta múltiples ecosistemas costeros incluyendo planicies arenosas, manglares, mantos de
rodolitos, y arrecifes rocosos y coralinos (Lluch Cota et al., 2005), y en especial los últimos han
recibido atención científica por representar zonas de alta riqueza de especies (Roberts et al, 2002).
El crecimiento económico que han tenido los estados costeros del golfo elevó el nivel de
perturbaciones a los ecosistemas (Enríquez Andrade et al., 2005), por lo que aun cuando esta es una de
las regiones marinas mejor conservadas, existe preocupación por el futuro al considerar potenciales
agentes de contaminación costera, modificaciones de los hábitats, sobrepesca y turismo excesivo
(Aguilar et al., 2007). Además de ello, el golfo no es inmune a los efectos del cambio climático global.
El Panel Intergubernamental de Cambio Global (2007) menciona que en los últimos 100 años la
temperatura atmosférica promedio ha aumentado de 0.6° a 0.9°C, que el nivel del mar ha subido 1.3 a
2.3 mm/año desde 1961, y que la temperatura superficial marina ascenderá de 1.4° a 5.5°C para 2100.
Como resultado, se han reportado cambios en distribución batimétrica y latitudinal de especies marinas
en zonas templadas y subtropicales (Roessig et al., 2004; Perry et al., 2005). Para el Golfo de
California solo hay información anecdótica (e.g. Reyes Bonilla, 2003) dada la carencia de series largas
de datos biológicos o de información oceanográfica detallada. Sin embargo, el uso de información
espacial a gran escala puede ayudar a abordar este problema puesto que permite construir modelos de
tolerancia fisiológica de las especies, a partir de de los cuales se puede predecir su distribución (Smith
et al., 2008). Este tipo de herramientas macroecológicas tienen enorme aplicación para pronosticar el
impacto que puede tener el calentamiento global sobre las comunidades marinas, y abre la posibilidad
de proveer recomendaciones para mejorar la planeación estratégica de manejadores y tomadores de
decisión. Bajo esta óptica, el objetivo del trabajo fue evaluar la tendencia de cambio de temperatura en
el Golfo de California entre 1983 y 2006, y luego emplear los resultados como insumos para proyectar
modificaciones en la distribución y abundancia de algunas especies relevantes. Los resultados son
discutidos bajo el enfoque del Ordenamiento Ecológico Marino del golfo, remarcando la necesidad de
depurar los cálculos para ofrecer mejores recomendaciones para el sector gubernamental.
La primera parte de la investigación consistió en construir una base de datos oceanográficos
que sustentara los modelos de cambios biológicos. El golfo fue dividido en cajas de 1° de latitudlongitud (N=27) y para cada una se obtuvieron registros superficiales (promedios y valores máximos y
mínimos anuales) de salinidad (UPS), nitratos, silicatos y fosfatos (micromol), y de concentración de
clorofilas
(mg/m3);
la
información
provino
del
World
Ocean
Atlas
2005
(www.nodc.noaa.gov/OC5/SELECT/woaselect/woaselect.html; valores de 1950-2004), y de imágenes
3
de satélite (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov; datos de 1987 a 2007). En adición, para conocer las
tendencias de cambio de la temperatura superficial del golfo se tomaron los promedios mensuales de
cada cuadrante de 1° entre 1983 y 2006 (www.nhc.noaa.gov/aboutsst.shtml), y se calculó su promedio
anual. Dichos valores se incluyeron en una regresión lineal simple que utilizó el año como factor de
prueba y donde la pendiente representa la tasa de elevación anual de la temperatura en el sitio (Neter et
al., 1997). Por último, con la ecuación de regresión extrapolamos los valores hasta 2050 con el fin de
obtener pronósticos anuales de temperatura, a ser usados posteriormente.
Para el caso de los datos biológicos se hizo uso de una serie temporal de registros (2005-2007)
de especies clave en seis regiones arrecifales rocosas de la Península de Baja California (Bahía de Los
Angeles, 28°N; Santa Rosalía, 27°N; Loreto, 26°N; La Paz, 24°N; Cabo Pulmo, 23°N, y Los Cabos,
22°N), y la información se procesó de dos formas. Primero se usaron registros de ausencia-presencia
para predecir la probabilidad de ocurrencia del principal constructor de arrecifes en el Golfo de
California, el coral risco Pocillopora verrucosa (Ellis y Solander, 1785), desde la actualidad hasta 2030.
Esto se hizo contrastando los datos de ocurrencia contra los valores de los registros oceanográficos
citados adelante, y también incluyendo una variable cualitativa que fue la presencia de fondos duros,
condición obligatoria para la ocurrencia de corales. Los modelos se generaron con el programa
HYPERNICHE, el cual utiliza regresiones no paramétricas y multiplicativas para armar las “envolturas
bioclimáticas”, y de ahí realizar sus predicciones (McCune, 2006).
También se prestó atención a los censos de abundancia de la cabrilla sardinera Mycteroperca
rosacea (Streets, 1877), el pez Angel de Cortés Pomacanthus zonipectus (Gill, 1862) y el pepino de
mar café Isostichopus fuscus (Ludwig, 1875). Las tres especies tienen gran importancia económica y se
explotan en al menos dos de los estados costeros del golfo (SAGARPA, 2000); amen que las dos
últimas también están dentro de la Norma Oficial Mexicana, en la categoría de Protección Especial.
Para modelar los factores que determinan sus números usamos una regresión lineal por pasos
(“stepwise”), con la rutina “ridge”, que evita introducir variables correlacionadas en el modelo (Neter
et al., 1997). Se aplicaron los datos de temperatura, salinidad y nutrientes como factores para predecir
la abundancia actual de las tres especies en cada región estudiada sobre la península de Baja California,
y subsecuentemente con la ecuación de regresión se predijeron sus abundancias por sustitución de los
valores esperados de elevación de temperatura, siguiendo tres escenarios: + 1°, +2° y +3° C.
A manera de resultados, se muestra la tasa de elevación de temperatura del Golfo de
California, en cuadrantes de 1° x 1° (Fig. 1). La zona del sur de Sonora y norte de Sinaloa es donde el
calentamiento está siendo más intenso, mientras que en el Canal de Ballenas la pendiente de la
regresión años-temperatura es casi de cero, indicando estabilidad térmica en las últimas dos décadas y
4
media. Tomando los datos de todos los cuadrantes estimamos que para 2050 la elevación promedio de
temperatura superficial en el golfo será de 0.63°C, pero de nuevo esto depende de la zona geográfica
pues para 2050 prácticamente todo el sur tendrá temperaturas medias superiores a los 25°C (Fig. 2).
110°W
Sonora
B.C.
28°N
B.C.S.
Sinaloa
N
Figura 1. Tendencias en la elevación de temperatura del Golfo de California, en grados centígrados
anuales (1982-2006). Clave: Color café: > 0.030°; Rojo: 0.020-0.029°; Azul claro: 0.010-0.019°;
Verde: cero-0.009°; Azul oscuro: -0.001-cero grados.
El siguiente análisis consistió en evaluar la distribución actual y futura del coral risco
(Pocillopora verrucosa). el cual ahora habita solo en la península de Baja California, al sur de los 25°N.
El modelo de espacio de nicho (no presentado) indicó que para 2030 las poblaciones de esta especie
potencialmente se moverán hacia el norte hasta los 26°N, y la especie aparecerá en Sonora, cerca de la
zona de Guaymas (27°N). La respuesta del modelo se explica porque el coral risco es colonizador
desde el Indo Pacífico y tolera bien la alta temperatura (Reyes Bonilla, 2003). Por otro lado, la
distribución disjunta que sugiere el modelo se debe a que en la costa de Sinaloa no existen suficientes
zonas rocosas a latitudes menores a 26°N donde las larvas coralinas puedan reclutarse, y a que a la
latitud 28° la temperatura seguirá siendo relativamente fría. La predicción aquí presentada es
importante porque P. verrucosa presenta un gran número de especies asociadas, muchas de ellas que
son simbiontes obligados (Reyes Bonilla, 2003); por esa razón es de esperarse que la llegada de este
coral a Sonora elevaría de modo sensible la biodiversidad en fondos rocosos de la costa e iría aparejado
con aumentos en la complejidad de la red trófica y la productividad local.
5
Figura 2. Temperatura superficial promedio del Golfo de California (en grados centígrados; izquierda).
y pronóstico para 2030 (centro) y 2050 (derecha). Clave: Amarillo: 27°; Café: 26°; Rojo: 25°; Verde:
24°; Azul oscuro: 23°; Azul claro: 21°; Gris: 20°.
Por otra parte, los gráficos de abundancia estimada del Angel de Cortés (Pomacanthus
zonipectus) y de la cabrilla sardinera (Mycteroperca rosacea) indican que el calentamiento del Golfo de
California traerá aparejada una sensible disminución de sus números, y de hecho, el modelo sugiere
que las poblaciones de la cabrilla desaparecerán en el centro y suroeste de la península de Baja
California si la temperatura sube 3°C (Fig. 3). Revisando las ecuaciones de regresión, tales cambios
tienen su origen en que las dos especies tienen afinidad con aguas frías y con altas productividades,
100
Población restante (%)
Población restante (%)
variables que se verán afectadas por el calentamiento en el futuro.
75
50
25
0
29°
27°
25°
24°
Latitud (N)
23°
22°
100
75
50
25
0
29°
27°
25°
24°
Latitud (N)
23°
22°
Figura 3. Disminución esperada en la abundancia de Pomacanthus zonipectus (izquierda) y
Mycteroperca rosacea (derecha) en la Península de Baja California, según el aumento de temperatura.
Clave: +1°C (barra negra); +2°C (barra blanca); +3°C (barra gris).
De manera semejante, el análisis de las tendencias posibles de cambio en el pepino café I.
fuscus muestran que las poblaciones pueden bajar mucho si las temperaturas ascienden más de 1°C
(Fig. 4). En adición, según el modelo la zona del sur de la península sufrirá una disminución superior al
6
30% de la población si la temperatura sube 3 grados. Ello indica que la pesca de este recurso será
impactada desproporcionadamente en Baja California Sur al respecto de Baja California.
Población restante (%)
1
0.9
+1°
0.8
+2°
0.7
+3°
0.6
0.5
23
24
25
26
27
28
29
30
Latitud (N)
Figura 4. Disminución esperada en la abundancia de Isostichopus fuscus en la Península de Baja
California, según el aumento de temperatura.
Finalmente, efectuamos un análisis de la respuesta de las 20 especies más abundantes en las
siete zonas arrecifales de interés en el Golfo de California (listado taxonómico en Ayala Bocos y Reyes
Bonilla, en prensa). Como se observa en la Fig. 5, las asociaciones actuales se agrupan en el lado
izquierdo del dendrograma, pero una vez que la temperatura asciende la posición de las estaciones
dentro de las ramas se modifica de forma desordenada y no gradual. Nuestra conclusión es que dadas
las diferencias en los niveles de tolerancia al cambio ambiental, cada especie mostrará
comportamientos específicos y no necesariamente congruentes con los del resto. Tales variaciones
idiosincrásicas implican dos cuestiones clave: a) el calentamiento del mar traerá un fuerte desbalance
en la composición y por ende, en la función ecológica de los sistemas arrecifales del Golfo de
California; y b) no es de esperarse que las modificaciones sean detectables por medio de extinciones
locales o cambios abruptos de composición de las comunidades, sino más bien serán alteraciones finas
en las abundancias relativas de las especies. Considerando esta situación, recomendaríamos la puesta
en práctica de programas de monitoreo efectivo de las comunidades y de los niveles poblacionales de
las especies clave, como herramienta fundamental para detectar los efectos del calentamiento.
7
Figura 5. Dendrograma de agrupamiento mostrando el grado de semejanza (coeficiente de Bray-Curtis)
entre los ensamblajes actuales (cuadros), y los predichos por modelos de elevación de temperatura de
1°C (círculos), 2°C (triángulos) y 3°C (cruces).
El Ordenamiento Ecológico Marino es el instrumento legal que permite generar políticas para
balancear el aprovechamiento de los recursos naturales con la protección de la calidad ambiental. Bajo
esta perspectiva, los modelos de cambio climático y espacio de nicho, y las predicciones resultantes
sobre el estado futuro de las poblaciones y ecosistemas, son fundamentales para ofrecer escenarios
probables los cuales sirvan como prevención y guía para los tomadores de decisión. Además, el ofrecer
este tipo de información a la sociedad en general (una vez mejor validada o más completa) permitiría
que los diversos actores ponderen y planeen sus propias actividades actuales y futuras, maximizando el
impacto hacia la conservación. En resumen, las herramientas ejemplificadas pueden convertirse en
insumos clave para apoyar el Ordenamiento Ecológico del golfo, y fortalecer su aplicabilidad.
Los resultados presentados en este capítulo son un primer intento formal y cuantitativo para
denotar cambios potenciales en la distribución y abundancia de especies marinas en el noroeste de
México. Las proyecciones son aún imprecisas y deberán ser revisadas con información oceanográfica y
biológica actualizada en los años por venir, sin embargo, ya se anuncian cambios concretos de gran
relevancia económica, social y ecológica para los residentes del litoral del Golfo de California, los
cuales deberán ser discutidos y priorizados por las autoridades. Es precisamente por la posibilidad de
ofrecer contextos específicos por lo que los alcances del enfoque macroecológico son enormes.
Además, los datos requeridos para formalizar los modelos están ya disponibles, gracias a la existencia
de series temporales largas de estadísticas pesqueras, monitoreos en zonas protegidas, y registros
oceanográficos generados por agencias nacionales e internacionales. Sin duda alguna, la amalgama de
esfuerzos por conocer el funcionamiento de los ecosistemas del golfo en distintas escalas de tiempo y
espacio rendirá frutos y mejorará nuestras posibilidades de conservar esta importante región del país.
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Referencias
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