Enero 2014

SOBRE LA ADMINISTRACIÓN SUSTENTABLE DE LOS RECURSOS NATURALES:
EL MUNDO DE LOS DEPREDADORES PRUDENTES Y LAS PRESAS EFICIENTES

Walter Ritter Ortíz, Rogelio Rodríguez Maldonado, Juan Suarez Sánchez.

Sección de Bioclimatología, Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM. Circuito Exterior de Ciudad Universitaria, Del. Coyoacán, México, D. F., C. P. 04510.   walter@atmosfera.unam.mx

RESUMEN

El manejo científico de los recursos naturales provee de una área fértil para la aplicación de nuevas metodologías del enfoque sistémico, con una visión integrada de sistemas complejos. Por esta razón es necesaria la simulación y construcción de modelos dinámicos bio-económicos, con incorporaciones climáticas y ambientales así como económicas y sociales, que es donde debe aterrizar finalmente la utilidad de toda modelación de este tipo. Una posible explicación en la falta de aparente interés por el manejo científico de los recursos naturales puede estar en la naturaleza interdisciplinaria del problema, por lo que expertos en biología, economía, climatología y sociología tienen que admitir su ignorancia en el campo de cada uno de los otros. Es necesario dar un salto en el conocimiento de las diferentes disciplinas involucradas, por la ligazón de hechos diseñadas por el enfoque sistémico y las teorías básicas de las ciencias naturales, para crear áreas de trabajo común que sirvan de explicación y podamos tener el maravilloso sentimiento de reconocer la unidad de lo que a simple vista parecieran ser cosas separadas, de los fenómenos complejos en la naturaleza.

INTRODUCCIÓN

En la naturaleza la dinámica poblacional de los recursos naturales es muy complicada por lo que diseñar un programa apropiado de explotación de los recursos naturales no es algo simple, ya que debe esperarse que el tamaño o magnitud del aprovechamiento estará influenciado por el suplemento de bienes que puede aportar dicho recurso; así también como de cualquier fluctuación que pueda ocurrir en su medio entorno, tanto ambiental como económico, político, social, etc.

Un depredador prudente consume sus presas de manera tal que pueda maximizar su suplemento alimenticio y al mismo tiempo minimizar la posibilidad de que la población consumida sea incapaz de automantenerse y seguir siendo utilizada como alimento en el futuro; de igual manera debemos actuar los seres humanos en el uso de nuestros recursos naturales. Es decir, un depredador debe usar sus presas de manera eficiente y al igual que lo observado en la naturaleza, comportarse con mucha prudencia. Las leyes naturales son absolutas e inmutables y funcionan independientemente de los valores y juicios humanos; esto es, la naturaleza está regida por leyes y es a través de la selección natural que sus sistemas se adaptan a las condiciones del ambiente local. Es necesario identificar aquellas que son pertinentes para nuestros propósitos si deseamos ajustarnos al orden natural, para tratar de comprender los factores que gobiernan y regulan el desarrollo, estructura y funcionamiento de los sistemas productivos naturales.

PATRONES DE ORGANIZACIÓN EN LA NATURALEZA

El número de especies en una determinada área, está dada por historia evolutiva de la región geográfica y las interacciones de las especies, así como de su relación con el medio físico. El aislamiento geográfico permite la evolución de diferencias específicas entre dos poblaciones aisladas de la misma especie, afectando los patrones de interacción en la comunidad, el cual a su vez determina en gran manera el curso a seguir de la evolución.

Entre más comprendamos los procesos biológicos más sabiamente podremos manejarlos. La vida y las vidas que observamos en la naturaleza es un continuo ejercicio en la resolución de sus problemas, donde cada animal que surge como producto parece exhibir el mejor de los diseños, surgiendo cada uno como una creación para propósitos múltiples, donde todo es una coevolución manifestada a través de biosfericas dependencias.

Cada comunidad es única y asociada con esta visión de estructura fundamental, está la noción del "balance de la naturaleza", que nos dice que cuando la naturaleza es perturbada, que rápidamente reaccionará para restaurar su equilibrio. Una comunidad es en la forma que es; sus condiciones locales lo dictaminan así donde los miembros de la comunidad están estrechamente adaptados a estas condiciones, y en concordancia e interactuando íntimamente entre ellos. El balance de la naturaleza se refiere a la habilidad de la comunidad a resistir o recuperarse de perturbaciones externas. Las modificaciones en el medio físico pueden ser una herramienta poderosa de cambio evolutivo y a menudo vienen siendo los factores críticos.

BALANCES Y FACTORES EXTERNOS DE PERTURBACIÓN

Una vez que la comunidad ha alcanzado su equilibrio, la mayor fuerza de perturbación del balance es el clima, ya sea de largo plazo o por episodios repentinos, tales como tormentas o cambios de temperatura. Todo lo que observamos en la historia de las poblaciones, ya sea su regularidad o aparente aleatoriedad o cualquier combinación de las dos, se dice que es resultado de fuerzas externas. Los cambios poblacionales, pueden llevar a la comunidad a mayores niveles de diversidad de especies, donde los parches naturales de los diferentes ambientes, reflejan pequeñas pero muy importantes variaciones en las condiciones físicas del entorno. Las poblaciones, no sólo fluctuarán en tamaño conforme transcurran en el tiempo, sino también su distribución en el espacio presentara una distribución de conglomerados o parches, que emergen de la misma naturaleza.

Aunque para períodos de largo plazo podamos observar que el número promedio de individuos en una población puede ser relativamente estable; en el corto plazo tienden a fluctuar alrededor de su valor promedio. Algo clave para entender la dinámica de las comunidades ecológicas en el corto tiempo es la de obtener un mayor conocimiento de qué es lo que determina la fluctuación interna de la población. Pero también sería de gran utilidad en tratar de pronosticar lo que puede ocurrir cuando una población es explotada o cuando los patrones climáticos son alterados.

LIMITACIÓN ENERGÉTICA EN LA PRODUCCIÓN POBLACIONAL

La mayoría de los animales en estado salvaje experimentan períodos de limitación de energía, limitando lo que ellos pueden hacer en cuanto a movimiento, crecimiento, reproducción y producción metabólica de calor. La cantidad de energía que se recibe procedente de los alimentos debe equilibrar la cantidad de energía que se utiliza para vivir, y si este delicado equilibrio se descompensa, la muerte está asegurada, salvo que se pueda recuperar rápidamente el equilibrio. Dado que todos los animales y plantas que se encuentran en un ecosistema compiten o se devoran entre sí para conseguir energía, la totalidad del entramado de la vida tiene sus vínculos formados por una serie de intercambios de energía que se deben optimizar si la especie desea sobrevivir.

Los ecosistemas son sistemas abiertos que están asociados a los cambios y fluctuaciones energéticas de su medio ambiente. En el caso de ambientes fluctuantes, el ecosistema estará compuesto de especies con una razón reproductiva alta y menores requerimientos especiales, con menor diversidad y menor complejidad y su flujo de energía por unidad de biomasa permanece relativamente alto. Un ecosistema que no está sujeto a perturbaciones fuertes del exterior, cambia de manera progresiva, pronosticable y direccional, convirtiéndose en más maduro, con incrementos de la complejidad de su estructura y minimización del flujo de energía por unidad de biomasa.

ASPECTOS AMBIENTALES EN LA PRODUCTIVIDAD

Todo lo que existe sobre la superficie terrestre es constantemente influenciado por factores meteorológicos. El motor generador de la energía que influye en nuestra vida diaria es el Sol, que desarrolla, anima y activa la vida terrestre y marina, pero también es el inhibidor y responsable indirecto de su destrucción y muerte. En el proceso de la vida, la radiación solar interviene en diversos niveles de producción: el radiativo, el termodinámico y el dinámico. El efecto radiativo actúa directamente en el crecimiento de las plantas terrestres y en el fitoplancton marino, a través de los procesos de producción fotosintética, cuya consecuencia es la generación de oxígeno que mantiene tanto la vida terrestre como la marina. Actúa indirectamente en el nivel termodinámico, a través de la temperatura (relacionada con el almacenamiento de energía), que juega un papel importante en la fotosíntesis y en a cinética enzimática asociada a ella.

Por otro lado, las diferencias de temperatura crean diferencias de densidad y presión, las cuales asociadas con la rotación de la Tierra -nivel dinámico- forman una circulación atmosférica y marina que intensifica o debilita a las corrientes marinas por diferencias de densidad y, a los vientos por diferencias de presión. Además, a través de los procesos de evaporación (se toma energía) y condensación (se libera energía) se transporta la mayor parte de la energía térmica de los océanos a la atmósfera, donde los sistemas de vientos a gran escala realizan su transferencia de regiones con exceso de energía a otras con déficit (usualmente de regiones ecuatoriales hacia los polos), reforzando la circulación atmosférica (modificada por la forma de la Tierra, distribución de océanos y continentes, etcétera) que influye en la dinámica de las masas de aguas y sus movimientos horizontales y verticales -los cuales transportan los nutrientes- controlando éstos en gran medida la bioproductividad de los océanos. La acción conjunta de estos tres niveles de influencia solar (radiativo, termodinámico y dinámico) favorece el desarrollo de la vida oceánica y, cualquier situación anómala que presente cualquiera de ellos, se hará notar en su productividad. (Ritter y Guzmán, 1979).

La radiación solar interviene en los procesos de fotosíntesis de las plantas verdes que proporcionan el primer paso en la producción de la cadena alimenticia. Poseedoras del pigmento verde llamado clorofila, pueden utilizar a la energía radiante solar para crear, a partir de sustancias inorgánicas simples, nuevos materiales orgánicos con enlaces de alta energía. Sin embargo, existen grandes dudas en cuanto a la eficiencia fotosintética, ya que algunas medidas muestran que sólo se emplea del 1 al 5% para la incorporación de energía incidente. La capacidad productiva resulta de dos procesos aparentemente antagónicos: la fijación fotosintética del bióxido de carbono y su liberación por respiración. A través de la respiración se efectúa la oxidación de los componentes producidos en la fotosíntesis, liberándose energía para la ejecución de los variados trabajos biológicos y químicos de la planta.

El Sol se encarga de abastecer la energía para la reacción fotosintética y los fermentos, de orientarla en la dirección adecuada; es decir las plantas tienen sus catalizadores, que son enzimáticos y cada enzima obliga a la reacción a que se desarrolle en un sólo y determinado sentido. En otros términos, las enzimas son específicas. En el agua, cuando la radiación solar penetra, se absorbe selectivamente y con mayor rapidez que en el aire. La principal absorción en el agua es al final del rojo del espectro; y en el infrarrojo (IR) aproximadamente el 90% de la radiación es absorbida en el primer metro.

De las sustancias disueltas en el agua, las más importantes absorben fuertemente en el violeta y el azul; moderadamente en las longitudes de onda media y débilmente a mayores longitudes de onda. La mayor transmisibilidad es cuando existen pequeñas cantidades de materia disuelta en el agua y es en el verde y para grandes cantidades en el naranja y rojo. La difusión y absorción son más importantes a medida que aumenta el número de partículas en el agua. La luz absorbida por una molécula, sitúa a uno de sus electrones en un estado excitado de energía, quedando el electrón en disposición de aparearse con otro electrón de una molécula o átomo vecino, en un enlace covalente. Mediante este proceso fotoquímico se forman nuevas moléculas. La luz que es absorbida por la molécula de clorofila y transferida a los electrones, actúa de tal manera que se crean fuertes oxidantes y reductores, es decir, moléculas que arrancan con facilidad electrones de otras moléculas (las oxidan) o los ceden (las reducen).

Durante los procesos de oxidorreducción de la fotosíntesis y la respiración, la energía es conservada en los enlaces químicos, especialmente en el trifosfato de adenosina (ATP), que es la unidad básica de intercambio de energía de todas las células vivas. Cuando el (ATP) es hidrolizado a difosfato de adenosina (ADP) y a fosfato inorgánico (Pi), se libera energía, la cual es utilizada por algunas enzimas en los procesos metabólicos que requieren energía. La energía derivada de la transferencia de electrones es utilizada para transportar protones a través de la membrana, dando como resultado un gradiente electroquímico, a través de la membrana, con dos componentes y una diferencia en la concentración de iones hidrógeno (pH); y otra diferencia en el potencial eléctrico, formando una fuerza protón motriz. Cuando los protones fluyen a través de la membrana en sentido inverso al gradiente, éste se abate y la energía antes contenida en él, se utiliza para la síntesis de ATP. En términos de eficiencia de conversión de energía, las plantas son 100 veces más eficientes que cualquier maquina hecha por el hombre.

No toda la radiación solar sirve a los propósitos de ordenar la biósfera. En el UV la energía resulta excesiva (el electrón del átomo receptor se excita tanto que se escapa del átomo y éste se ioniza); en el IR la energía es insuficiente (el átomo que recibe la radiación vibrará más intensamente o rotará o se trasladará más rápidamente por su medio, pero la influencia que sufre no es lo suficientemente intensa para mover los electrones de sus órbitas), por lo tanto estas gamas de radiación solar no sirven para formar moléculas biológicas. En cambio, las radiaciones de la zona visible tienen la energía adecuada (durante el tiempo que el átomo receptor está excitado, la probabilidad de asociarse a otro y formar una molécula más compleja, es mucho mayor que cuando no lo está), por lo tanto la radiación visible constituye la fuente fundamental de energía de la biósfera. (Cereijido,1978).

Al exponer las plantas a diferentes longitudes de onda, éstas en el proceso de fotosíntesis forman compuestos de diferente naturaleza química. Si las plantan se iluminan con rayos rojos-amarillos, los compuestos principales que se forman como resultado de la fotosíntesis, serán hidratos de carbono. Si los rayos son azules se forman proteínas. (I. Vlasou, D: Trifonov, 1975.) Además, los rayos UV y azul violeta retardan el crecimiento de las plantas, resultando que las plantas crecen más rápidamente en la noche. La energía radiante almacenada en forma potencial por las plantas, sufre una lenta conversión a energía cinética que permite a las comunidades ecológicas sobrevivir. Los componentes de las plantas serán convertidos en otros componentes en los herbívoros y éstos en otros, por los carnívoros y, al final, los descomponedores que completan el ciclo químico regresan los nutrientes al ecosistema para ser usados nuevamente. La energía solar que fluye a través del sistema no es destruida (primera ley de la termodinámica) y en cada nivel biológico de producción, una parte de ella es usada (10-20%) para soportar la vida y, una mayor cantidad, es degradada de una forma de energía capaz de realizar reacciones y trabajo en formas menos útiles y regresa al ambiente como calor o entropía (80-90%), de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica.

Podemos decir que dependemos en nuestra vida diaria de las cantidades de material orgánico, fundamentalmente proteínas, que pueden ser producidas por una cantidad finita de energía solar incidente sobre la superficie terrestre. Los fenómenos térmicos son de primordial importancia en el ambiente, tanto atmosférico como marino. Se manifiestan a través de procesos de transporte y de transformación de energía. Entre los primeros tenemos a la conducción, convección, advección y radiación y entre los segundos, a la evaporación y condensación.

A través de la interface aire-océano, el mar puede ganar o perder calor, formándose dos tipos de regímenes térmicos en el océano como resultado de la interacción entre las aguas superficiales y los parámetros meteorológicos: el sistema homogéneo (completamente mezclado) caracterizado por la ausencia de gradientes verticales de temperatura y el sistema heterogéneo (sin mezcla) caracterizado por una estratificación como resultado de la transferencia interna de energía térmica de la interfase atmósfera-océano. La radiación de onda corta y la conductividad térmica generan gradientes de temperatura que crean a su vez una estratificación en el agua.

En latitudes altas y medias, generalmente existe al final del invierno, una capa de mezcla profunda, que conforme el tiempo avanza, tiende ésta a reducirse; debajo de esta capa la densidad se incrementa tan rápidamente con la profundidad, que la turbulencia desaparece y se entiende como estabilización al desarrollo de tal capa. Este desarrollo puede ser causado por el calentamiento de la capa superficial o también por la disminución de la salinidad de la capa superior respecto a las inferiores, donde para las regiones en las que la evaporación predomina sobre la precipitación atmosférica, resulta un continuo en la salinidad y en la densidad, produciéndose hundimientos de las capas superficiales y una disminución en la productividad oceánica (por la limitación de nutrientes que son transportados al fondo fuera de la capa superior eufótica).

La temperatura en los océanos juega un papel importante en la productividad oceánica -a través de los procesos enzimáticos fotosintéticos- porque la intensidad del proceso enzimático es una función de la concentración de enzimas y de la temperatura; así, sí la temperatura es baja y la concentración de enzimas alta, el efecto puede ser completamente contrapesado. Pero no tan sólo es importante la temperatura en la producción fotosintética oceánica, sino que también, indirectamente, indica otros procesos en el mar, como: mezclado, corrientes, frontera de corrientes, surgencias, etcétera. Todos ellos pueden afectar la productividad oceánica, la ocurrencia y comportamiento de los peces y los procesos biológicos de reproducción, distribución y emigración especialmente cuando se presentan fluctuaciones mayores a las normales. Muchos peces marinos muestran respuestas condicionadas a cambios de temperatura tan pequeñas como 0.03ºC/m. Por tanto, la temperatura puede ser un índice de combinación de factores ecológicos que actúan conjuntamente para producir cambios en la disponibilidad de algunas especies. Este es uno de los parámetros ambientales más fácilmente medibles, siendo función de varios factores meteorológicos, entre los que podemos mencionar: la cantidad de radiación penetrando el mar superficial; el intercambio de calor entre mar y atmósfera; la advección de calor por corrientes y vientos. Estos fenómenos, más los efectos de mezclado por acción de las olas y movimientos convectivos, son los responsables mayores en el cambio de la temperatura superficial.

En varias áreas, la magnitud de cambio en la temperatura superficial, durante un periodo de pocos días, puede igualar el rango total anual; esto sucede especialmente en latitudes bajas y medias, y en casos de surgencias, observándose los mayores cambios cuando varios factores actúan en el mismo sentido. También la temperatura y la profundidad de la capa de mezcla pueden cambiar en pocos días, más de 1ºC y 30 metros respectivamente, especialmente, si una tormenta pasa sobre el área.

El mecanismo más importante de cómo la temperatura influye en la supervivencia de las larvas, es a través de la disponibilidad de alimento en el tiempo apropiado: temperaturas muy altas o muy bajas pueden poner el desarrollo de las larvas fuera de fase respecto a la máxima producción de alimento, ya que la producción fitoplanctónica está muy relacionada con los cambios estacionales de temperatura y cantidad de luz. Cuando la luz es limitante, puede considerarse que el mecanismo de fotosíntesis es independiente de la temperatura; con luz fuerte, cuando los mecanismos no fotosintéticos son limitantes, parecen ocurrir fuertes efectos de la temperatura (Rabinowitch,1945). La abundancia de zooplanctón (importante como alimento para las larvas) está relacionada a la abundancia de fitoplancton y al periodo de desove de animales planctónicos adultos, el cual también es controlado por la temperatura.

En latitudes medias y altas, las altas temperaturas coinciden con clases anuales pesqueras abundantes; mientras que las bajas temperaturas coinciden generalmente con clases anuales pobres. Toda la evidencia sugiere, además, que la razón de regeneración de nutrientes en las áreas costeras es dependiente de la temperatura: a mayor temperatura mayor será su razón de regeneración. Esto está de acuerdo con el hecho de que la regeneración de nutrientes es debida, principalmente, a procesos microbiológicos y la intensidad del metabolismo bacteriano es dependiente de la temperatura.

Fenómenos físicos y biológicos son especialmente afectados por la termoclina y la estratificación de las capas superficiales debidas al calentamiento de primavera-verano. Este calentamiento tiende a dividir el agua en una región superior, más o menos uniformemente caliente, circulando en forma turbulenta y por otro lado, una región profunda, fría y relativamente calmada. El mezclado vertical disminuye y ocasionalmente desaparece completamente en la termoclina dividiendo las masas de agua de diferentes temperaturas, salinidades y densidades. Así la termoclina interfiere con penetraciones hacia abajo de calor, surgencias de elementos químicos y con las migraciones verticales del fitoplancton y zooplancton, y en general con todos los procesos de intercambio entre las capas oceánicas superior e inferior.

El viento crea corrientes superficiales y determina circulaciones; el Sol calienta el estrato superficial y tiende a confinar las corrientes del viento a la superficie y, la evaporación al enfriar la capa superficial, establece corrientes de convección. La razón media de cambio de temperatura puede considerarse debida a fuentes de calor positivas (radiación solar incidente) y negativas (evaporación, calor sensible, radiación reflejada) y así como por efectos de advección, convección y a la redistribución de calor, debida al mezclado turbulento que pueden ser positivas o negativas. El proceso de producción de una termoclina es el efecto resultante de la interacción de todos estos factores.

La profundidad de la termoclina está también relacionada con el sistema de corrientes prevalecientes, mientras que la distribución de masas lo está con el campo de temperaturas. Las divergencias y convergencias -asociadas con la circulación superficial- generan crestas y valles en la topografía de la termoclina, teniendo además particular importancia en la fertilización de la capa superior oceánica, así como en la distribución y producción de zooplanctón del área. Esta distribución corresponde aproximadamente con la topografía de la termoclina, según la cual, para regiones de alta producción, generalmente existe una termoclina poco profunda. Por ejemplo, las mayores concentraciones de atún están claramente relacionadas a la profundidad de la termoclina y al gradiente de temperatura determinante, correspondiendo para menores profundidades y mayores gradientes de temperatura, a mayores capturas. Ambos efectos actúan en forma independiente y aditiva en las razones de captura.

El viento es el movimiento horizontal del aire sobre la superficie de la Tierra y en la atmósfera superior. El movimiento depende de la existencia de un gradiente de presión atmosférico, el cual se establece a través de incesantes interacciones de "altas" y "bajas" meteorológicas. En la misma forma que el agua fluye por una pendiente, así el aire fluye siempre de un área de alta presión atmosférica a una de baja. Este forcejeo para ajustar dinámicamente la distribución de presión y densidad, es la base de todos los vientos; desde los más grandes huracanes sobre el océano hasta los más pequeños remolinos de polvo sobre el desierto. El flujo de aire entre sistemas contiguos de alta a baja presión es modificado e influenciado por: 1) Rotación de la Tierra; 2) Fricción superficial; 3) Factores locales de temperatura y convección térmica; 4) Movimiento frontales, y 5) Naturaleza y topografía de la superficie terrestre. Además, como los sistemas de presión se mueven sobre la superficie de la Tierra, la dirección y rapidez de los vientos locales cambian en consecuencia.

Cuando se examinan un gran número de mapas medios en el tiempo, cada uno de ellos mostrará la distribución del movimiento del viento en la latitud y en la longitud para una elevación dada. Los mapas de superficie están caracterizados principalmente por grandes anticiclones divergentes sobre los océanos (altas subtropicales calientes) y marcadas zonas de convergencia ecuatorial. En el hemisferio norte, en invierno, encontramos un fuerte anticiclón divergente sobre Siberia (alta fría) y ciclones convergentes en los océanos Pacífico y Atlántico cerca de los 60ºN (bajas Aleutiana y de Islandia). Sobre Asia se observa un cambio mónsonal estacional: El anticiclón divergente de invierno da paso a uno parcialmente ciclónico convergente en verano, lo cual es una respuesta directa y simple de la baja continental de temperatura en verano. Los vientos resultantes más notables son:

• Polares del Este: son vientos fríos del Este que ocurren al norte del Círculo Ártico y al sur del Círculo Antártico, son producidos por descensos de aire sobre los polos y subsecuentes movimientos hacia el Ecuador, combinado con el efecto de Coriolis.
• Fuertes vientos del Oeste que ocupan el cinturón entre 40º y 60º de latitud, tanto al Norte como al Sur, resultan del movimiento del aire hacia los polos, combinado con el efecto de Coriolis.
• Los Vientos Alisios son vientos dominantes del Noreste en el hemisferio norte y hacia el Sureste en el hemisferio sur, localizados en un cinturón entre 5º y 23º de latitud, tanto al Norte como al Sur, aunque están sujetos a un desplazamiento estacional de alrededor de 1000 millas hacia el polo en el verano de cada hemisferio, siguiendo al Sol. Sobre el Pacífico, son más pronunciados durante la estación de invierno de cada hemisferio. Son vientos secos, producidos por el movimiento del aire hacia el Ecuador, sujetos al efecto de Coriolis.
• Los Monzones son vientos caracterizados por una completa inversión en su dirección con el paso del invierno al verano de acuerdo con los patrones de presión prevalecientes de altas y bajas sobre el área. El área se caracteriza por inviernos fríos y veranos calientes. Estos vientos son siempre extratropicales.

Los vientos son importantes en la productividad oceánica porque provocan corrientes horizontales y verticales (efectos de advección y convección, respectivamente) encargadas de transportar los nutrientes a las regiones productoras oceánicas. Las surgencias son el movimiento ascendente de las aguas subsuperficiales hacia la superficie. Varios mecanismos pueden generarlo, pero el más importante es la acción del viento sobre la superficie del mar. Las surgencias son más probables allí donde los vientos soplan constantemente en una línea paralela a la costa. De todos los fenómenos del océano, ninguno es tan susceptible a cambios meteorológicos locales como las surgencias. Un pequeño cambio en la dirección o velocidad del viento, o ambas, puede desplazar la región de surgencias o hacerla desaparecer. Las surgencias, dentro de las fronteras de la pendiente y las zonas peiriféricas de divergencia y centrales de convergencia, a menudo caracterizan regiones de alta bioproductividad, donde la batimetría juega una regla principal en la circulación vertical, aún para regiones de gran profundidad. El contacto de masas de aguas de diferente origen y diferentes características hidrológicas producen intensas surgencias del fondo y hundimientos de agua superficiales, así como numerosos vórtices, meandros, giros, etcétera.

Las Corrientes marinas son los movimientos de aguas horizontales, semipermanentes y a gran escala que ocurren en los océanos y mares. A pesar de que las causas generales de las corrientes oceánicas son conocidas, el mecanismo exacto que las controla, aún no ha sido bien explicado. No existe una teoría completa para los patrones de circulación en los océanos y, por consiguiente, dependen en gran medida de las observaciones. Éstas son a menudo deficientes y en muchas áreas del océano las corrientes son virtualmente desconocidas. Las dos causas principales de las corrientes son: El intercambio de calor con la atmósfera y el espacio, y la energía suministrada por los vientos intervienen también en la formación y modificación de las corrientes, así también la rotación de la Tierra y la variación de la densidad del agua, debida a diferencias en la temperatura y salinidad. Este último factor es influenciado por la radiación solar en forma similar a cómo la radiación influye sobre la superficie terrestre para la distribución de la presión y de la circulación general de la atmósfera. Las corrientes a menudo son los principales factores que afectan el régimen oceanográfico de muchas regiones y junto con otros factores (surgencias, nutrientes , vientos, etcétera), controlan su bioproductividad, llevando aguas frías ricas en nutrientes y saturadas en oxígeno, a regiones de abundante energía solar. Estas características vigorizan el desarrollo del fitoplancton y naturalmente el de sus consumidores, el zooplancton, peces y grandes invertebrados.

En las áreas Este de los océanos, hay un intenso movimiento ciclónico de masas de agua; son las zonas norte subtropicales que llevan aguas frías de latitudes medias a aguas ecuatoriales, enfriándolas y, la presencia de un movimiento anticiclónico en las zonas del sur. En las partes Oeste del océano, aguas cálidas de latitudes ecuatoriales se mueven hacia el norte calentando las aguas polares. Son procesos locales generando giros, surgencias y contactos de masas de agua de diversos orígenes que ocurren en diferentes regiones del mundo, principalmente en aquellas vecinas a la plataforma continental y fuertes declinaciones continentales, donde a un incremento en la pendiente, le corresponde uno en la intensidad de hundimientos y surgimientos de las aguas. Las formas onduladas de los frentes oceánicos son debidas a la inestabilidad de cizallamiento, causada por la diferencia de velocidades sobre ambos lados de los frentes, que hace que se formen los remolinos. Las divergencias son producidas principalmente a lo largo de la región costera de continentes o islas, o cerca de bancos oceánicos, y son causadas por corrientes o vientos costeros y a veces, por la colisión de corrientes profundas con un banco o la plataforma continental (producción de surgencias).

En las zonas de convergencia, se encuentran el hundimiento de masas de agua y acumulación de objetos al garete, incluyendo algunos organismos vivos como el plancton. Es posible clasificar las formas enriquecidas resultantes de los sistemas de remolino en los siguientes tipos, (Uda y Makoto, 1958):

• Sistemas dinámicos de remolino, que se producen por la colisión de dos sistemas diferentes de corrientes (frías y calientes) o pertenecientes a aguas oceánicas y aguas costeras. Los centros fríos del remolino ciclónico, corresponden en el otoño a localidades de concentración de ballenas, mientras que en la primavera y principios de verano, hay correspondencia con concentraciones de atún (albacora).
• Los núcleos calientes de los giros anticiclónicos, corresponden a mediados del verano a concentraciones de barrilete, albacora y ballenas. El grado de enriquecimiento de estas regiones parece ser proporcional a la magnitud de la vorticidad de remolino o aproximadamente, al gradiente de temperatura de las masas de agua en ambos lados del frente.
• Los Sistemas de remolinos topográficos u orográficos, son remolinos que se forman alrededor de islas, correspondiendo con lugares de concentración de calamares, macarela y pargos. En estas áreas topográficas están localizadas importantes pesquerías comerciales, con sistemas de remolinos estacionarios.

Se pueden establecer, en general, que en alta mar, el abastecimiento de nutrientes se realiza a través de las corrientes oceánicas, mientras que en las áreas costeras -donde el agua de la zona eufótica o productiva está más o menos en contacto con el fondo- la descomposición microbiológica de materia orgánica es el factor más importante, además de que se regeneran sales conteniendo fósforo y nitrógeno. En la naturaleza, los movimientos de fluidos son rara vez de tipo laminar. El movimiento turbulento de un fluido es usualmente el resultado de una inestabilidad convectiva, en el que la energía cinética del movimiento se obtiene de la energía potencial del fluido, aunque puede deberse también a la inestabilidad en el flujo por cizallamiento, en cuyo caso, la turbulencia proviene principalmente de la energía cinética del movimiento medio.

En los flujos viscosos, la turbulencia se origina por la diferencia entre las fuerzas de inercia respecto a las de viscosidad. Es de esperarse, para una masa de agua no estratificada -cuya viscosidad de remolino Av no varía con la profundidad de acuerdo a Ekman- que se establezca una corriente a 45º de la dirección del viento, cambiando su dirección linealmente y su velocidad exponencialmente, con la profundidad. Pero tan pronto se desarrolla o establece un gradiente térmico, esta condición ya no es válida, dado que conforme aumenta la estabilidad en cualquier capa, Av tiende a disminuir. Av juega así su papel importante en el retardo de asentamientos de los sedimentos y microorganismos suspendidos, aún cuando éstos sean más densos que el medio de suspensión. Pero no tan sólo material, si no también calor y momentum, pueden ser transferidos a través de este sistema. Observándose en Av el mismo papel que tiene la viscosidad molecular para aguas tranquilas, siendo iguales en magnitud en ausencia de gradientes de densidad, éstas desaparecen por mezclado vertical.

En general, la fuerza de mezclado depende de la diferencia de velocidades horizontales en el agua entre las capas superiores e inferiores. En áreas de plataforma, las corrientes de marea son un factor muy importante en generar tales cizallamientos. En mar abierto, los movimientos superficiales son producidos por el viento, y al desaparecer éstos, las termoclinas llegan a ser importantes también. Para agrupaciones fitoplanctónicas pequeñas, bajo ciertas condiciones usualmente asociadas con vientos débiles o moderados, en donde las aguas cerca de la superficie forman largos vórtices paralelos, en pares de ellos, rotan en direcciones opuestas, con espaciados de 20 a 100 metros. Entre los vórtices hay regiones de hundimientos y surgencias; el primero acumula material flotante, en tanto el segundo, concentra organismos hundiéndose o tratando de nadar hacia abajo. Un tipo similar de circulación de hundimientos puede ocurrir en las fronteras entre aguas de diferente salinidad, tal y como ocurre donde ríos y estuarios desembocan en el mar.

A mayores escalas hay áreas de rápida transición de características físicas y químicas en el mar abierto, y estas condiciones especiales pueden conducir a cambios marcados en el plancton. Es de esperar, también , encontrar una estratificación vertical de plancton dependiente del comportamiento de los organismos mismos; en tanto que la variación horizontal debe depender de los factores físicos y se puede así, esperar que sea similar en escala y forma a parámetros tales como la salinidad o aspectos químicos importantes como nutrientes. Agrupaciones de fitoplancton en mar abierto han sido señaladas en un amplio rango de escalas, que van desde unos metros a áreas de diámetros de cientos de kilómetros. Parece haber dos categorías principales en esa agrupación: bandas de una anchura de pocos metros pero de cientos de metros de largo y, agrupaciones mucho mayores, aproximadamente elípticas, con un diámetro medio de aproximadamente 50 km.

El concepto de remolino es usado para separar dos componentes en cualquier conjunto de medidas de flujo de agua; el flujo medio y los elementos fluctuando aleatoriamente en estas medidas. La separación de estos componentes es muy dependiente del tiempo y las escalas de longitud. Los grandes remolinos pueden obtener su energía de fuerzas externas, tales como el viento o mareas. Los remolinos de mayor amplitud y los giros oceánicos, son generados por la circulación general de la atmósfera. Remolinos más pequeños son formados en los grandes, haciéndose cada vez más pequeños hasta que la energía es finalmente disipada a través de la viscosidad. Los procesos horizontales y verticales están íntimamente relacionados y ambos deben ser considerados para encontrar explicaciones en las formas biológicas.

Quizá el efecto más conocido de la interacción Océano-Atmósfera en la productividad oceánica, es el efecto conocido como el "Niño", que se presenta cuando la circulación Oeste superior de las regiones subtropicales son anormalmente más fuertes, produciendo como consecuencia que los vientos alisios sean más débiles de lo normal y la contracorriente marítima ecuatorial fluya más fuerte hacia el Este, trayendo agua caliente que abate la productividad de la costa peruana. Por el contrario cuando los Oestes son débiles, los alisios son fuertes y la contracorriente se hace más lenta o desaparece del todo, entonces aparecen las aguas frías que son asociadas con surgencias y una profundidad muy elevada (Namías, 1973). La interacción del océano con la atmósfera en ninguna parte es tan vívidamente observada como en la naturaleza de las corrientes oceánicas frías en latitudes tropicales. Así la principal razón de la corriente del Perú es la divergencia de los alisios del Sureste, donde este flujo produce surgencias constantes, siendo particularmente intensas donde el flujo del aire es paralelo a la costa.

Los procesos atmosféricos en estas regiones de surgencias son muy estables y las capas inferiores de las corrientes de aire son enfriadas fuertemente, haciendo que el vapor de agua se condense constantemente a alturas tan bajas (200-300 m) que la región se cubre con bajos estratocúmulus que permiten el paso de solamente una pequeña porción de luz solar, teniéndose una baja evaporación y, aunque la cubierta nubosa es muy estable y extensa, es a la vez muy delgada y no produce precipitación, lo cual evita que se forme una estratificación por densidad que pueda destruir el efecto de surgencias (Samoylenko, 1970).

En los intercambios de energía entre el océano y la atmósfera, la evaporación es la parte principal y también la más variable de las influencias, presentándose sobre grandes áreas del océano considerables anomalías, de hasta 80 cal cm2 por día en la transferencia de energía (Sawyer, 1964) que perduran por periodos de más de un mes, siendo el efecto de estas anomalías -con la liberación de calor latente, proveniente de las anomalías de la temperatura del océano- las que tiene un mayor efecto sobre la circulación general de la atmósfera. Es pues, la liberación de calor latente de condensación, la mayor fuente para la generación de energía cinética dentro de los trópicos, pero también de exportación a mayores latitudes.

Sobre los océanos la temperatura superficial es determinada por la capa de mezcla advectiva, que depende de un balance de energía en la superficie del océano y la mezcla inducida por el viento dentro de la capa misma, con la estructura de temperatura del agua profunda y la advección latitudinal resultante de la circulación a gran escala. En la atmósfera, los movimientos extratropicales pueden caracterizarse como lentas, casi geostróficas y altamente estables gravitacionalmente. En los trópicos los movimientos no son más casigeostróficos, pero permanecen lentos y si no hay condenación, altamente estables (J. G. Charney, 1963). Estas propiedades restringen fuertemente el carácter de los movimientos tropicales, aún más que el de los movimientos extratropicales. Así, los cambios en regiones extratropicales son proporcionales a la componente vertical de vorticidad; mientras que en regiones tropicales el cambio es proporcional a una vorticidad relativa mucho más pequeña. Esto significa que los movimientos verticales son importantes. Tales regiones deben ser consideradas como regiones fuente para el flujo no divergente, siendo la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) la principal región fuente. Perturbaciones tropicales fuera de la ZCIT y las áreas de las lluvias monzonales, sirven como fuentes adicionales.

Las temperaturas del océano, la lluvia, el flujo de los vientos alisios y la temperatura potencial equivalente están relacionadas y tienen variaciones a largo plazo con periodos que exceden de un año (A. F. Krueger y T.I . Gray Jr. , 1969). Rosenthal (1967), con un modelo lineal casigeostrófico de dos capas, sugiere que un movimiento convectivo producido de la convergencia de la capa de Ekman, puede llevar a crecimientos simultáneos de perturbaciones en la tropósfera superior y baja, con escalas horizontales del orden de varios miles de kilómetros. Las localidades más favorables para este calentamiento convectivo son probablemente aquéllas donde la convergencia de la frontera de Ekman ocurre con altos valores de temperatura potencial equivalente; así la temperatura oceánica es particularmente importante cuando sobrepasa los 28 ó 29º C. Cuando las temperaturas oceánicas ecuatoriales son más calientes que el promedio, ocurre un incremento en las lluvias convectivas y consecuentemente, existe una mayor liberación de calor latente. Este calentamiento acelera la circulación meridional de la celda de Hadley, causando una mayor exportación de calor y momento a las latitudes medias, produciéndose en torno, Oestes zonales más fuertes. Los Oestes en el Sur son siempre más intensos que los Oestes del Norte y se extienden más al sur del Ecuador debido a la distribución de los continentes (H. Flohn, 1967).

La circulación de los alisios en ambos hemisferios -sobre el Pacífico- está relacionada con las anomalías de la temperatura océanica superficial con tendencias a largo plazo en las componentes meridionales de la circulación, altamente correlacionados con la lluvia precipitada en la ZCIT, que provee, con su liberación de calor latente de un mecanismo auto alimentador para los alisios (E. Reiter, 1977ª, 1977b). Las fluctuaciones en los alisios son importantes en la regulación de las surgencias ecuatoriales y, consecuentemente, de la temperatura superficial del mar. Las aguas frías de las surgencias a lo largo del Ecuador suprimen fuertemente la lluvia, enfriando y estabilizando el aire cerca de la superficie. Fuertes alisios, produciendo surgencias y aguas frías, debilitan a los mismos alisios, resultando en surgencias reducidas y temperaturas oceánicas más calientes, acompañadas por un incremento en la nubosidad y lluvia. Conforme las surgencias matan el resurgimiento de los alisios a través del ciclo hidrológico, la celda de Hadley tiene un mayor reajuste. Los eventos del Niño son solamente una señal local de tales ajustes que tienen lugar sobre una amplia región del Pacifico Central.

Como los cambios en el régimen de los alisios, también parecen tener un profundo efecto en la nubosidad tropical y precipitación, la variabilidad de la liberación de calor latente de la ZCIT puede ser uno de los factores que controlan las variaciones de la temperatura media global (Reiter, 1977b). La intensidad y distribución de fuentes de calor extratropical determinan también el grado en que las circulaciones tropicales están ajustadas con los Oestes. Cuando estas fuentes de calor son débiles, los trópicos responden con mayor exportación de calor, derivada grandemente del calor de condensación.

Mayores fuentes de calor en latitudes medias, tendrán como resultante una respuesta más débil proveniente de los trópicos. Así la fuente de energía de las latitudes medias pueden alterar el flujo de energía de los trópicos. Al menos durante la última gran sequía subtropical (1972), la reducida excursión al Norte de la ZCIT fue acompañada por un flujo de calor relativamente débil del hemisferio sur. Kraus (1977) también observó que estuvo acompañada por temperaturas relativamente bajas en el sur de los subtrópicos y por temperaturas anormalmente altas en la Antártica. El gradiente de temperatura meridional y la pendiente de la superficie de los 500mb fueron correspondientemente disminuidos. Se sugiere que esto estuvo asociado con una reducida exportación de energía y momento zonal de los trópicos, con una circulación tropical directa relativamente débil. Como resultado, estas circulaciones no producen las cantidades normales de precipitación, a lo largo de su frontera norte en el área monzonal.

PREDADORES PRUDENTES Y PRESAS EFICIENTES

Estados estacionarios en el tamaño medio de las poblaciones en la naturaleza no necesariamente representan valores de equilibrio. Los estados estacionarios en ecología son dependientes del suplemento energético dados a una tasa constante e introducidos al sistema por el exterior y donde si este suplemento de energía desaparece el sistema pierde dicho estado estacionario y se alcanza el equilibrio físico, que significa la muerte termodinámica. Por lo tanto los estados estacionarios son distintos del equilibrio y se dan tanto en sistemas vivos como no vivos.

Como el proceso de mantener una población viva requiere un continuo flujo de energía potencial y el tamaño de la población depende de la tasa a que dicho potencial de energía entra al sistema ya sea a través de plantas o animales- que servirán posteriormente de alimento a otros consumidores- generando así una cadena trófica o cascada bioenergética, donde las plantas son consideradas como las únicas con capacidad transformadora y productora, siendo las demás poblaciones dependientes de dicha producción de forma directa o indirecta. Un predador prudente consume sus presas de manera tal que pueda maximizar su suplemento alimenticio al mismo tiempo que minimiza la posibilidad de que la población consumida sea incapaz de automantenerse así misma y poder seguir siendo utilizada como alimento en el futuro. Es decir un predador debe usar sus presas de manera eficiente al igual que todos los organismo en la naturaleza éstos parecen comportarse con mucha prudencia, lo cual fue aprendido y obtenido a un costo de experimentos evolutivos interminables, lo cual también implica que dicho aprendizaje tuvo grandes costo en vidas.

La energía solar es absorbida por las plantas y parte de ésta es convertida a energía potencial por los procesos de fotosíntesis a través de una conversión lenta a energía cinética, lo cual permite a las comunidades ecológicas sobrevivir. Los competidores interaccionan sobre el mismo nivel trófico es decir a través de interacciones horizontales existiendo también las interacciones verticales. Cuando un depredador consume su presa la población de presas están siendo usadas como máquinas para convertir algunas porciones del mundo relativamente abundante en formas más útiles. Desde este punto de vista del predador los herbívoros son máquinas que convierten las plantas en su alimento y donde un predador racional no consumirá de una sola sentada dichas presas dejando algunas para reproducirse y reemplazar a las que consume, buscando explotar las poblaciones de herbívoros en tal forma que maximice el siguiente cociente: números de calorías consumidas por los predadores entre el número de calorías de las plantas consumidas por las presas. Esta razón es la eficiencia de las presas en producir alimento para los predadores. Esta eficiencia es realmente función de tres diferentes especies; plantas, presas y predadores. El número de presas y de predadores presentes en cualquier tiempo se le conoce como producción bruta. Los sistemas vivos deben usar parte de su energía en manufacturar y repararse así mismas.

La eficiencia de las presas depende no solo del alimento proporcionado sino también en su efectividad al utilizarlo y en estos casos la razón del cociente: número de calorías de las presas consumidas por predador por unidad de tiempo entre el número de calorías de las plantas pasando por las gargantas en la unidad de tiempo, se le conoce como "eficiencia de la cadena alimenticia" y así también la tasa de calorías de las presas consumidas por predador en la unidad de tiempo entre el número de calorías de plantas consumidas por los herbívoros o las presas por unidad de tiempo, es llamada la "eficiencia ecológica ". La eficiencia ecológica será siempre mayor o igual a la eficiencia de la cadena alimenticia.

Diseñar un programa apropiado de explotación de presas por los predadores no es algo simple ya que debe esperarse que el tamaño de la población de depredadores estará influenciada por el suplemento de alimento de las presas y así como de cualquier fluctuación que pueda ocurrir en las poblaciones de presas, así mismo podemos anticipar que las poblaciones de presas serán afectadas por las fluctuaciones en las poblaciones de los depredadores.

El concepto de comunidad es más interesante si es definido en términos de química y transferencia energética entre organismo. Si por simplicidad consideramos que existe una tasa de depredación constante y queremos conocer sus efectos sobre las poblaciones de presas en estado estacionario debemos recordar que el proceso de depredación es una alteración a las probabilidades de sobrevivencia en las diferentes edades y que estamos agregando nuevas fuentes de mortalidad adicionales a las mortalidades que se dan de forma natural. Si se obtiene un nuevo estado estacionario bajo estas condiciones de depredación los valores de fertilidad y sobrevivencia son alterados por este proceso de depredación y debemos considerar que al remover algunos de estos animales incrementamos las disponibilidad de alimentos para los que son dejados y debe de incrementarse también la tasa reproductiva restaurándose un nuevo estado estacionario a niveles más bajo de biomasas de producción.

La depredación que es lo suficientemente severa para reducir significativamente el número de individuos reproductores también disminuirá la intensidad de competencia entre las larvas y alterará la distribución de las sobrevivencias restaurando las condiciones de estado estacionario. Las especies en que no son alteradas en sus sobrevivencias o fertilidades como consecuencias del acto de depredación serán incapaces de retornar a sus condiciones de estado estacionario y por lo tanto debe esperarse que se extinga. Los factores de denso dependencia controlan en gran parte los tamaños poblacionales en todas las especies y automáticamente compiten con otras fuentes de mortalidad natural así cuando la tasa depredación es baja la mortalidad por hambre y enfermedades incrementa, observándose que el efecto de depredación sobre el tamaño de las presas es que substituye una causa de mortalidad por otra o disminuye la sobrevivencia en una edad en particular de la población o puede actuar sobre ambas cosas. Sin embargo si la sobrevivencia en alguna edad es reducida por depredación se presentará un cambio compensativo ya sea en la sobrevivencia de alguna edad o en la fecundidad de las presas o probablemente estas últimas serán inestables yendo hasta la extinción y así el efecto de depredación sobre la biomasa de las presas dependerá de manera precisa y definible en la eficiencia con que las presas se reproducen y en la distribución de su sobrevivencia.

Concluyendo de esto que la magnitud de la eficiencia no necesariamente tiene que ver con la importancia del proceso en el que la razón de eficiencia es igual al que se da en las maquinas. Un organismo hace muchas cosas que requieren de energía; movimiento de sus partes internas, movimiento en sí mismo en su ambiente productivo, producción para crecimiento de su cuerpo y reproducción. Pero solamente la producción relacionada con su crecimiento es considerada como un tipo útil de energía potencial y otros posibles de energía a nivel individual son generalmente ignoradas.

Aunque todos los organismos dependen en última estancia de la energía radiante del Sol la energía que es transferida de organismo a organismo y conserva efectivamente al sistema ecológico funcionando es la energía potencial que está guardada en la moléculas orgánicas, considerando conveniente hablar de la energía como un flujo que se da a través de la población de la cual deben establecérsele claros estados de sus limitaciones donde la energía entra a una población a través de la boca de un animal y lo abandona ya sea como calor o como la energía potencial de un animal muerto o de sus heces o al alimentar a un depredador. El contenido de energía en una población puede ser medida en términos de calor liberado en su combustión; si conocemos el valor energético del alimento dado a una población y el valor energético de rendimiento seremos capaces de calcular la eficiencia de la población de convertir el alimento en peso de su cuerpo. Podemos hablar solamente de la eficiencia de producir energía considerada como útil de alguna otra forma que arbitrariamente definimos como sin uso. Cuando consideramos la energía del alimento abastecido estaremos refiriéndonos con la eficiencia de la cadena alimenticia, mientras que cuando consideramos el alimento comido nos referimos a la eficiencia ecológica. La eficiencia ecológica está determinada por la tasa de remosión de animales y la proporción del alimento consumido que puede convertirse en calorías de origen animal. Para tasas muy bajas de remosión resultan en eficiencias de cadena alimenticia y ecológica baja y altas tasas de remosión en mayores eficiencias. Tasas de remosión excesivamente altas, reducen la población a tamaños que son incapaces de consumir todo el alimento disponible, disminuyendo la eficiencia de la cadena alimenticia.

Para estar seguros que la población que alimentamos será capaz de persistir bajo el procedimiento de remoción de sus individuos, el números de animales removidos debe fijarse como una fracción del número de animales que nacen o son incorporados en la población. Un procedimiento para determinar el número de animales a removerse no limita los tipos de animales a remover así podemos remover animales adultos o animales jóvenes y después de un tiempo lo suficientemente largo tendremos información para cada población sobre su número promedio y distribución de tamaño de la población desigual y el número promedio y distribución de tamaños del rendimiento en cada censo estos números pueden convertirse a calorías determinando también el suplemento de alimentos a la población en unidades calóricas.

Para tener una estimación del alimento dado la población a la cual debemos estimar la proporción del alimento comido por cada población de manera indirecta determinando el consumo de alimentos y las tasa de crecimiento. Con toda esta información podemos evaluar los conceptos de eficiencia donde la más simple y más importante para las interacciones de la comunidad es la razón del contenido de energía del animal removido de cada población al contenido energético del alimento. Cuando consideramos la energía del alimento estamos considerando la eficiencia de la cadena alimenticia, mientras que cuando consideramos el alimento comido estaremos refriéndonos a la eficiencia ecológica la cual es determinada por la tasa de la remoción de animales y la proporción del alimento consumido que pueden ser convertidas en calorías del animal, pero que no representa una relación directa al tamaño de la población de la que el animal es removido. Para muy bajas tasa de remoción resultan en bajas eficiencias de la cadena alimenticia y ecológica mientras para tasas altas de remoción resultan en eficiencias más altas. Altas tasas de remoción sin embargo reducen la población a un grado tal que es incapaz de consumir todo el alimento provisto y la eficiencia de la cadena alimenticia disminuye.

Una estimación típica de campo de la eficiencia ecológica seguirá lo siguientes cálculos y procedimientos: Debe considerarse que cada especie está asignada a un determinado nivel trófico ya sean plantas herbívoros carnívoros etc. El consumo total de alimentos en calorías debe ser estimado para cada nivel trófico. La eficiencia ecológica de cierto nivel trófico que es alimentado por el nivel trófico de x + 1 será el consumo de alimento del nivel trófico x + 1 dividido por el consumo de alimento del nivel trófico x. Sorpresivamente los valores observados en el campo son esencialmente idénticos con los máximos valores observaos en el laboratorio todas estas estimaciones están en el rango de 5.5 a 13.3 % notándose que el nivel trófico superior en cualquier comunidad tiene una eficiencia ecológica de 0 por definición. Para propósito prácticos la eficiencia ecológica puede considerarse como una constante y puede esperarse que futuras estimaciones de ella tienda a convergir en valores de alrededor de un 10 %. Factores adicionales que debieran considerarse son la relación entre la remoción de animales de una población como es la cosecha y el tamaño de esta población y su consumo energético la cual puede ser estudiada por medio de la eficiencia poblacional, donde si el proceso de la remoción no altera el consumo energético de la población la eficiencia poblacional puede expresarse como el cociente de las calorías de la cosecha obtenida en la unidad de tiempo y una composición dada de edades dividida por el producto del consumo energético de la población por la diferencia del contenido calórico de la población en su estado estacionario respecto a las calorías que existirían si no existiera remoción de individuos.

Una población en estado estacionario mantiene el número de animales, composición de edades y distribución de tamaños constante y para ser esto posible la distribución de tamaños y edades de los elementos removidos debe ser constante. Remover animales que están próximos a morir no tendrá mucho efecto en el costo de mantenimiento que tenga, mientras que para aquellos con esperanzas de vida larga, aumenta drásticamente el costo de mantenimiento poblacional y consecuentemente disminuye el tamaño poblacional. Si disponemos de los datos apropiados, la eficiencia poblacional asociada con una estrategia de explotación puede ser evaluada en términos de cambio en tamaño poblacional, consumo de energía, esperanza de vida y eficiencia de crecimiento. Si además contamos con datos de rendimiento, tamaño poblacional y consumo de energía para varias poblaciones, es posible resolver para la eficiencia poblacional que será asociada con un procedimiento de explotación que remueve solamente un tamaño o grupo de edad. La eficiencia poblacional puede darse como función de la edad. La eficiencia poblacional relaciona el rendimiento al tamaño poblacional y permite obtener el proceso más eficiente de explotación de un recurso, donde una explotación prudente debe de hacerlo de tal forma que maximice su rendimiento y al mismo tiempo maximice la eficiencia poblacional de las presas.

ANALOGÍAS, EMERGENCIAS, DIMENSIONES Y GEOMETRÍAS EN LA NATURALEZA, COMPLEJIDAD Y CAOS

La energía que impulsa la expansión observada del Universo se halla en el colapso del espacio y el tiempo de diez dimensiones. Riemann fue el primero en afirmar que la naturaleza encuentra su ámbito natural en la geometría del espacio multidimensional, donde el hiperespacio no tan solo simplifica las leyes de la naturaleza sino que posibilita argumentos puramente geométricos. Poincaré al extender la mecánica de Newtón a tres o más cuerpos, encontró el potencial para la no linealidad, la inestabilidad y el caos; sugiriendo el concepto de "espacio de fases" para trabajar geométricamente en un plano con muchas dimensiones y con esto hizo su aparición el concepto de "caos".

El mundo es matemáticamente ordenado y el científico trata de encontrar las estructuras racionales que sirvieron de modelo. Platón sugiere que el "orden ideal" no puede ser jamás instaurado de forma absoluta. Existe algo que "impide" a las estructuras matemáticas realizarse perfectamente y los pitagóricos señalaban que detrás de los desordenes aparentes de la naturaleza siempre existe un orden escondido.

Los meteorólogos saben que bajo ciertas circunstancias el flujo de aire se comporta de forma "obediente" y se le pueden aplicar ecuaciones que lo describen rigurosamente, pero en otras situaciones el movimiento es "caótico" y no se sabe que pasará. La presencia del "desorden" siempre ha existido y su presencia en muchos fenómenos es más común de la que se pensaba.

Los métodos tradicionales reduccionistas no pueden resolver problemas complejos como los que se dan en climatología, ecología, economía y sociedad. En los sistemas complejos no lineales no se necesitan grandes causas para producir grandes efectos. Reducir las facetas de la naturaleza a una cadena causal fracasará. Es el "Todo" el que causa todo lo demás. Cuanto más estudiamos los principales problemas de nuestro tiempo, más nos percatamos de que no pueden ser entendidos ni resueltos aisladamente; por ser problemas sistémicos complejos que están interconectados y son interdependientes.

El flujo constante de la energía solar en la biosfera se desenvuelve y manifiesta a través de múltiples bifurcaciones; Donde por bifurcación se entiende como un súbito cambio de dirección en la manera en que los sistemas se desenvuelven; una manera curiosa y fundamental en que los sistemas complejos se comportan en el mundo real. El caos se da en sistemas no lineales que se vuelven inestables (caso típico los fluidos) y que cambian de forma aleatoria y totalmente impredecible por los métodos tradicionales, en el cual el futuro está abierto y en el cual las matemáticas escapan de sus agregadas limitaciones y adquieren un elemento de creatividad.

Podríamos argumentar que con las espirales originadas en la formación de los atractores en el espacio de fases, se describe una forma común y profunda de cambio, que lleva a la disipación y luego a un nuevo ordenamiento.

El famoso atractor de Lorenz en climatología tiene una representación de interacción de tres especies en ecología y un espacio de fases de la lluvia se puede ver como la competencia interna en una especie. Los comportamientos típicos de los atractores de la lluvia en el espacio de fases es cuando el eigenvalor o vectores graficados con una "razón finita de incremento", pendiente o ángulo que forman con la horizontal en movimientos contrarios a las manecillas del reloj, adquiere valores críticos ( con ángulos próximos a valores de 90 y 270°) conocidos como la zona caótica, donde la dinámica del atractor pasa de tener un comportamiento de atracción a uno de repulsión de variabilidad acrecentada y la posible identificación de zonas de diferente comportamiento dentro del sistema normal del atractor, representadas en dinámicas estables o inestables y asintóticas u oscilatorias y el valor "caótico" donde pareciera que la naturaleza en éste punto decide o toma decisiones sobre su futuro.

Transformado e interpretado esto a la dinámica de la ecuación logística y a su vez a una manifestación de "ruta al caos", significa que el eigenvalor o razón finita de incremento que determina la "razón intrínseca de crecimiento" (r) ha invadido en su inestabilidad ángulos o valores donde r adquiere dinámicas de valores críticos que hacen que todo el sistema se modifique.

El descubrimiento del caos determinista ha forzado un cambio sustancial en la filosofía de la ciencia, estableciendo límites a nuestra capacidad para predecir un comportamiento y abre un nuevo espacio para comprender fenómenos aleatorios en varios campos del conocimiento. Más extraño aún es el hecho de que este tipo de comportamiento "emerge" de fenómenos cuya evaluación es inicialmente "determinista" y de que al aumentar la cantidad de información disponible no se evita la imposibilidad de conocer la progresión futura del sistema. La más mínima incertidumbre en las condiciones iníciales impiden conocer lo que sucederá a largo plazo. Hay que comprender ahora que de hecho ésta matematización de la naturaleza ha venido adoptando formas diversas que más bien constituyen las diferentes etapas de un progreso. A medida que la observación se hizo más exacta, fueron apareciendo sucesivamente lo que se conoce como "sistemas globales de explicación", como el utilizado en éste trabajo.

METODOLOGÍA DE TRABAJO

En general para los diferentes tipos de modelos de simulación existen las siguientes metas en el manejo integral sustentable de los recursos naturales y ambientales de una región:

a) La satisfacción de las necesidades humanas a través del desarrollo económico y humano.  b)  La conservación de los recursos naturales a través de su administración sustentable.c) Evitar la degradación del ambiente a través de medidas de protección, probadas y confiables. d) La minimización de conflictos para lograr estas metas requiere del arreglo de convenios institucionales, adecuado financiamiento y recursos para investigación.

Todos los modelos propuestos para el manejo de los recursos naturales, ya sean éstos para el manejo de pesquerías, bosques, pastizales, control de plagas o agricultura, podemos clasificarlos en cuatro categorías y es necesario tener muy claro sus diferencias fundamentales, que es el tipo de modelo que se escoja lo que determina los programas de recolección de datos e información necesaria y por lo mismo es necesario de entender de forma precisa, debilidades y fortalezas de los diferentes tipos de modelos.  Difiriendo con respecto a las consideraciones en que están basados, utilidad analítica, sensibilidad y confiabilidad predictiva, así como la información requerida y los costos de colectar la información para construirlos. Estos modelos son:

1. Modelos que intentan explicar cambios en el recurso basados solamente en factores intrínsecos a la población los factores extrínsecos como es el clima, se consideran que permanecen constantes. Estos modelos consideran no solamente el número de elementos presentes en cada edad sino también sus tasas de crecimiento permitiendo maximizar el rendimiento por recluta, manipulando las tasas de mortalidad por explotación, así como la primera edad de explotación del recurso. 

2. Modelos que usan métodos de regresión para relacionar las biomasas poblacionales en cada grupo de edad, en cada año, a la biomasa en uno o más grupos de edad del año previo.Utiliza datos de la estructura de edades de la captura o del segmento de población que es factible de tomar muestras, con aplicaciones al pronóstico de capturas. Solamente funciona bien cuando el ambiente es estable, para poder obtener alguna utilidad predictiva. Sin embargo como el reclutamiento es uno de los aspectos más importantes de la productividad, el modelo tiene además en principio, una utilidad limitada. 

3. Modelos que intentan explicar cambios en el tamaño de la población sobre las bases de la relación entre el tamaño del grupo reproductivo y el tamaño resultante de crías. Ignora el hecho de que todas las funciones de un animal o planta cambian con la edad, por lo que cambios en la estructura de edades, disminuyen fuertemente la habilidad del modelo. 

4.  Modelos complejos no- estacionarios, donde es posible incluir tantos factores ambientales como sean necesarios para construir el modelo. 

5. Modelos con incorporaciones de elementos como: competencia, interacción depredador-presa, parasitismo, dispersión de enfermedades, e incorporación de posibles estrategias implantadas por el hombre.

No importa qué tipo de ecuación es la más indicada para describir un sistema complejo, el problema a enfrentar en todos los casos es de determinar la estructura particular para el modelo que nos da la descripción más realista del sistema  y una vez que el modelo ha sido derivado y los parámetros han sido estimados, podemos utilizar algunos métodos para encontrar como maximizar la productividad de una especie útil o minimizar la abundancia y reproducción de una plaga.

Los modelos de rendimiento por recluta maximizan el rendimiento de un recurso manipulando la mortalidad de explotación y la edad de mínima o primer entrada en el proceso de explotación, considerando que se dan condiciones ambientales constantes. Sin embargo sabemos que la mayoría de los recursos naturales son regulados precisamente por las condiciones cambiantes del ambiente, por lo que es necesario introducir estos efectos así como los efectos de denso dependencia del reclutamiento sobre los stocks de desovantes, dispersión, competencia interespecífica, depredación, parasitismo, enfermedades y otros factores si queremos obtener una metodología de aplicación universal.

Por ejemplo, las marismas. Terrenos bajos a orillas del mar que se inundan con las mareas, son de gran importancia biológica en los que la acumulación de agua y ricos sedimentos permite el florecimiento de la vida. En ellas viven microorganismos, diminutos invertebrados, peces, anfibios, reptiles, mamíferos y sobre todo aves. También las marismas tienen una flora característica, como juncos, espadañas y carrizos. El interés biológico de las marismas hace que muchas estén incluidas en convenios internacionales de protección. Estos convenios garantizan la conservación de estos humedales, espacios que son muy sensibles a la contaminación, la erosión, la desecación y otras amenazas.

CONCLUSIONES

En la modelación del impacto por la explotación de un recurso, nuestros estudios de diagnóstico, simulación y pronóstico, apoyados en las metodologías de simulación de enfoque de sistemas, es donde escogemos las variables y las reglas adecuadas y necesarias para determinar los elementos que gobiernan la dinámica en el sistema de estudio, con lo que podemos predecir los cambios de dichos sistemas a través del tiempo. 

En primer lugar hay que identificar el problema con claridad, y describir los objetivos del estudio con precisión, teniendo en mente que vamos a estudiar la realidad como un sistema.El resultado de esta fase de estudio ha de ser una primera percepción de los elementos que tienen relación con el problema planteado, por lo que debemos conocer los elementos que forman el sistema y las relaciones que existan entre ellos, incluyendo sólo aquellos elementos que tienen una influencia razonable sobre nuestro objetivo que es la de proponer acciones para solucionar el problema, basados en las cuatro etapas fundamentales del proceso y uso del modelo, las cuales, son las siguientes: Desarrollo del modelo conceptual; Desarrollo del modelo cuantitativo; Evaluación del modelo y Uso del modelo.

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