Septiembre de 2021
PROCESOS ESTOCÁSTICOS POBLACIONALES IWalter Ritter Ortíz
Sección de Bioclimatología, Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM. Circuito interior s/n, Ciudad Universitaria, Deleg. Coyoacan, México, D. F. email:
walter@atmosfera.unam.mx
ÍNDICE
HOLISMO : EL PODER DEL TODO
INTEGRACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL EN LA TRAMA SOCIOECONÓMICA.
LA DIMENSIÓN DEL RENDIMIENTO MÁXIMO SOSTENIBLE
ESTADOS ESTACIONARIOS Y ESTADOS DE EQUILIBRIO
PREDADORES PRUDENTES Y PRESAS EFICIENTES
ESTADOS ESTACIONARIOS Y ESTADOS DE EQUILIBRIO
EFICIENCIA ECOLÓGICA Y EFICIENCIA DE LA CADENA ALIMENTICIA
TASAS DE REMOCIÓN Y EFICIENCIA POBLACIONAL
AMBIENTE Y DINÁMICA DE LOS RECURSOS NATURALES
CLIMA Y BALANCES DE LA NATURALEZA
DINÁMICAS PRODUCTIVAS Y ADMINISTRACIÓN DE LOS RECURSOS NATURALES.
LOS SISTEMAS ECOLÓGICOS Y LA HUMANIDAD
ECONOMÍA ECOLÓGICA Y ENFOQUE SISTÉMICO, ENTES INSEPARABLES EN LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS SOCIALES
MITOS POR DESTERRAR EN EL MANEJO DE RECURSOS NATURALES
PLANIFICANDO EL FUTURO EN UNA SOCIEDAD ESTABLE
SIMULACION BASICA POBLACIONAL
EL MODELO DE LOTKA-VOLTERRA
HOLISMO: EL PODER DEL TODO
INTRODUCCIÓN
El holismo es una tendencia específica, de carácter concreto, creadora de todas las características del universo, y por lo tanto muy fructífera en resultados y explicaciones.
Las palabras holismo y organicismo, se han empleado indistintamente. Para los reduccionistas, el problema de la explicación se resuelve en cuanto se logra la reducción a los componentes más pequeños.
Asegurando que en cuanto se completa el inventario de dichos componentes y se ha determinado la función de cada uno, debería resultar fácil explicar también todo lo observado en los niveles superiores de organización.
Esta afirmación según los organicistas no es cierta, ya que el reduccionismo es completamente incapaz de explicar características de los sistemas que se manifiestan en los niveles de organización superiores.
Tanto las partes como los todos, son entidades materiales y la integración es el resultado de la interacción de las partes, como consecuencia de sus propiedades, donde además la descripción de dichas partes por separado, no pueden explicar las propiedades del sistema en su conjunto.
La organización de las partes, es lo que controla el sistema y ningún sistema puede ser explicado por completo describiendo solamente las propiedades de sus componentes aislados.
Los seres vivos poseen organización y su funcionamiento depende completamente de ésta, así como de sus interrelaciones mutuas, interacciones e interdependencias. Caracterizándose por poseer toda clase de mecanismos de control y regulación, incluyendo múltiples mecanismos de retroalimentación, que mantienen el estado estacionario del sistema.
El organicismo nos dice de la importancia de considerar el sistema como un todo y en que dicho todo, no debe considerarse como algo misteriosamente cerrado al análisis, sino que debe estudiarse y analizarse eligiendo el nivel de escala adecuado para nuestros propósitos.
El objetivo de la ciencia es hacer avanzar nuestra comprensión de la naturaleza y descubrir la verdad universal definitiva encarnada en dichas leyes y, en poner a prueba su veracidad mediante predicciones y experimentos.
Según Moore (1993), existen ocho criterios para determinar si una cierta actividad puede considerarse como ciencia:
Una ciencia debe estar basada en datos recogidos en el campo o en el laboratorio por observación o experimento.
Para responder preguntas hay que reunir datos, y para respaldar o refutar conjeturas hay que realizar observaciones.
Se deben emplear métodos objetivos, para reducir al mínimo los posibles prejuicios.
Las hipótesis deben ser consistentes con las observaciones y compatibles con el marco conceptual general.
Todas las hipótesis se deben poner a prueba y si es posible, se deben elaborar hipótesis alternativas y comparar su grado de validez o capacidad de resolver problemas.
Las generalizaciones deben tener validez universal dentro del dominio de la ciencia en cuestión.
Para eliminar la posibilidad de error, un dato o descubrimiento sólo se debe aceptar plenamente si lo confirman repetidamente otros investigadores.
La ciencia se caracteriza por el continuo perfeccionamiento de las teorías científicas, por la sustitución de teorías defectuosas o incompletas, y por la solución de problemas que pudieran considerarse como desconcertantes.
Podemos dar por supuesto que este mundo no es caótico, sino que está estructurado de alguna manera y que los métodos de la investigación científica pueden revelar todos o casi todos los aspectos de esta estructura.
Todo nuevo dato y toda nueva explicación, deben ponerse a prueba una y otra vez, preferiblemente por diferentes investigadores y utilizando diferentes métodos. Sin embargo la máxima categórica que afirma que un sólo dato en contra basta para invalidar una teoría, puede ser cierta para teorías basadas en leyes universales de las ciencias físicas, pero muchas veces no se la puede aplicar a teorías de la biología ecológica.
Cada vez se acepta más que el planteamiento de una teoría no es una simple cuestión de reglas lógicas y que la racionalidad se debe interpretar en términos más amplios que los que ofrece la lógica deductiva o inductiva. La racionalidad y validez de una teoría, dependen sobre todo no de su confirmación o refutación, sino de su eficacia para resolver problemas.
INTEGRACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL EN LA TRAMA SOCIOECONÓMICA.
Los recursos renovables se están utilizando a un ritmo mayor que el de su renovación, con evidentes síntomas de insostenibilidad. Los problemas ambientales siguen profundamente arraigados en la trama socioeconómica mundial, donde el verdadero sentido del desarrollo sostenible reside en concebirlo en su dimensión global, en coevolución con el resto de la biosfera y con una visión integral de la sostenibilidad ecológica, económica y social.
Ignorar los descubrimientos de la biología, resulta especialmente grave cuando los humanistas se ven obligados a afrontar problemas políticos como la sobrepoblación mundial, la difusión de enfermedades infecciosas, el agotamiento de los recursos no renovables, los cambios climáticos perjudiciales, el aumento de las necesidades agrícolas en todo el mundo, la destrucción de los hábitats naturales, la proliferación de conductas delictivas o los fallos de nuestro sistema educativo.
La incomunicación entre la ciencia y las humanidades, se atribuye a cierta incapacidad para apreciar el elemento humano en el curso de las investigaciones. La integración ambiente-desarrollo, va aportando nuevas vías de análisis para definir, con mayor precisión, la esencia de un nuevo estilo de desarrollo sostenible, como una forma diferente de encarar los problemas del desarrollo humano hacia el futuro.
No es posible mantener la salud ecológica de la biosfera sin poder garantizar el desarrollo integral, donde el mensaje de integración medio ambiente-desarrollo en las políticas y en las decisiones, se va aceptando paulatinamente, a pesar de las dificultades que supone esto en la práctica.
Se considera el desarrollo sostenible como un proceso de cambio continuo, donde las estrategias responden a objetivos básicos, tales como la de revitalizar el crecimiento, cambiar la calidad del crecimiento, satisfacer las necesidades esenciales de trabajo, alimentos, energía, agua e higiene, así como la de asegurar un nivel de población sostenible, conservar y acrecentar la base de los recursos, reorientando las tecnologías y controlando los riesgos, con objetivos fundamentales para lograr el equilibrio justo entre las necesidades económicas, sociales y ambientales de las generaciones presentes y futuras. Y donde el desarrollo económico, el desarrollo social y la protección del medio ambiente son componentes interdependientes que se refuerzan mutua y recíprocamente, pudiéndose comprender que la amenaza del subdesarrollo, supone también graves ineficiencias y de que es posible considerarlo como una situación de desequilibrio.
No parece pertinente hablar de sostenibilidad de forma aislada, sino de forma integral, incorporando sus componentes ecológicos, económicos y sociales, donde los objetivos son múltiples, sobrepasando el del simple mantenimiento de un capital natural.
La sostenibilidad integral, es la premisa básica del desarrollo sostenible, pero no puede convertirse en un fundamento absoluto, sino en un principio específico que permita conseguir lo que realmente se quiere hacer sostenible.
Si la finalidad es conseguir un desarrollo humano sostenible, éste tendrá que ser ecológica y ambientalmente sostenible, manteniendo la diversidad biológica y reforzando la base de los recursos ambientales sobre los que se sustentan sus procesos de desarrollo.
Hablar en términos económicos y sociales es aún más complejo, ya que si simultáneamente no se logra especificar qué tipo de sostenibilidad económica y social es necesaria para complementar la ecológica-ambiental, no será posible definir un modelo de desarrollo más justo y racional.
LA DIMENSIÓN DEL RENDIMIENTO MÁXIMO SOSTENIBLE
El concepto de Rendimiento Máximo Sostenible, progresivamente se viene incorporando a los campos de la economía, sociología y política hasta adquirir una dimensión múltiple e integral, donde las nociones ecológicas de capacidad de carga, capacidad de recuperación, capital natural y equidad, se entrelazan para definir un estilo de desarrollo o forma de vida sostenible con consideraciones éticas.
El concepto de sostenibilidad aplicado a los ecosistemas, tiene un carácter dinámico y un sentido de estabilidad, en la medida en que es preciso cubrir las necesidades cambiantes de una población que sigue creciendo hasta su nivel de estabilización y, donde la satisfacción de tales necesidades debe hacerse mejorando la calidad del medio ambiente y de los recursos naturales, condicionada por una compleja interacción de factores biológicos, físicos y socioeconómicos que constituyen la base de todos los sistemas productivos.
La esencia del desarrollo sostenible gira alrededor del mantenimiento de un determinado equilibrio dinámico, ajustado a la capacidad de existencia y regeneración del capital natural. Y donde se observa que las comunidades no se adaptan a las condiciones medias de sus hábitat, sino a las condiciones mínimas que les permiten seguir viviendo, por lo que el desarrollo de éstas está determinado sobre todo por la disponibilidad mínima de cualquiera de sus elementos.
Un sistema social-económico-productivo no puede medir su sostenibilidad real sobre bases de criterios económicos como es el Producto Nacional Bruto, ya que éstos no incluyen los procesos metabólicos y la eficiencia energética de los organismos vivos y de los ecosistemas.
Los indicadores económicos convencionales, tampoco incluyen aspectos sociales para señalar cómo se puede garantizar el bienestar social; pero la información sobre los procesos que afectan al bienestar de la sociedad y a la integridad de los ecosistemas, son una variable básica de la ecuación del desarrollo sostenible.
Sostenibilidad ambiental, para soportar la sostenibilidad económica y social e incluso política e institucional de la comunidad.
Los sistemas ecológicos, económicos, sociales y éticos, aunque están fuertemente entrelazados, responden a lógicas distintas, jerarquías diferentes y están sometidos a velocidades y cambios de evolución particular. Contar con las condiciones mínimas de sostenibilidad y compensar las posibles pérdidas de ésta para mantener la estabilidad dinámica, depende de numerosos factores que no siempre son identificables y controlables en la evolución de los sistemas complejos.
Para que el equilibrio final sea sostenible, los procesos de mantenimiento, reposición y renovación deben ser iguales o mayores que los procesos de depreciación, degradación y pérdida.
ESTADOS ESTACIONARIOS Y ESTADOS DE EQUILIBRIO
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.
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 a través de los alimentos, 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.
PREDADORES PRUDENTES Y PRESAS EFICIENTES
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 a sí misma y poder seguir siendo utilizada como alimento en el futuro.
Es decir, un depredador debe usar sus presas de manera eficiente, al igual que todos los organismos en la naturaleza, ya que 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 costos 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 depredador, los herbívoros son máquinas que convierten las plantas en su alimento y donde un depredador 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 depredadores 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 depredadores. Esta eficiencia es realmente función de tres diferentes especies: plantas, presas y depredadores. El número de presas y depredadores presentes en cualquier tiempo, se le conoce como producción bruta.
Los sistemas vivos deben usar parte de su energía en manufacturar y repararse a sí mismos.
La eficiencia de las presas depende no sólo 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 depredador por unidad de tiempo entre el número de calorías de las plantas pasando por las gargantas en la unidad de tiempo, que se le conoce como “eficiencia de la cadena alimenticia”. Y así también, la tasa de calorías de las presas consumidas por depredador en la unidad de tiempo, entre el número de calorías de plantas consumidas por 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 depredadores, no es algo simple ya que debe esperarse que el tamaño de la población de depredadores estará influenciado por el suplemento de alimento de las presas, 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 mas interesante si es definido en términos de química y transferencia energética entre organismos.
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 la 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 y si se presentara un cambio compensatorio 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, 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 esto, de que la magnitud de la eficiencia no necesariamente tiene que ver con la importancia del proceso en el que la razón de eficiencia sea igual al que se da en las maquinas. Un organismo hace muchas cosas que requieren de energía: movimiento de sus partes internas, movimiento de 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 instancia 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 establecerse 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 medido 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.
EFICIENCIA ECOLÓGICA Y EFICIENCIA DE LA CADENA ALIMENTICIA
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 remoción de animales y la proporción del alimento consumido que puede convertirse en calorías de origen animal. Para tasas muy bajas de remoción, resultan en eficiencias de cadena alimenticia y ecológica baja y, altas tasas de remoción en mayores eficiencias.
Tasas de remoción, 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 número 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.
TASAS DE REMOCIÓN Y EFICIENCIA POBLACIONAL
Cuando consideramos la energía del alimento, estamos considerando la eficiencia de la cadena alimenticia; mientras que cuando consideramos el alimento comido, estaremos refiriéndonos 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 observados en el laboratorio y 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 propósitos prácticos, la eficiencia ecológica puede considerarse como una constante y, puede esperarse que futuras estimaciones de ella tienda a converger 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 aquéllos 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.
AMBIENTE Y DINÁMICA DE LOS RECURSOS NATURALES
El universo debe verse como una red de relaciones vinculadas entre sí, donde la naturaleza se concibe a través de su autoconsistencia, sin estructuras estáticas y su estabilidad es el resultado de un equilibrio dinámico.
La dinámica de los recursos naturales es muy complicada, encontrándose que el efecto determinístico de denso dependencia representado por la ecuación logística, estabiliza el sistema de la cadena trófica, llevándonos de dinámicas caóticas y periódicas a estados estacionarios y, que la adición de los procesos estocásticos del ambiente exterior puede resultar en la reducción en amplitud y frecuencia de la dinámica poblacional, Cai lin xu y Zi zhen Li (2002).
El equilibrio observado en la naturaleza, podemos considerarlo como una propiedad emergente y, al modificar el ambiente algunas especies se extinguirán mientras que otras se convertirán en dominantes. Pero después de romper el equilibrio inicial, surgirá otro nivel de equilibrio de forma natural, donde es necesario comprender la dinámica de este nuevo sistema para beneficiarse de él.
En la modelación del impacto por la explotación de un recurso, son fundamentales nuestros estudios de diagnóstico, simulación y pronóstico, apoyados en las metodologías de simulación de enfoque de sistemas, donde se escogen 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.
Es necesario 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 prácticas para solucionar el problema.
El comprender se da como algo previo a resolver. No hay logro de objetivos que no existen o no son claros y precisos en el tiempo y en el espacio. Todo cambio en el medio ambiente, produce reacciones en cadena de desajustes coyunturales. Por esto es que los sistemas vivientes sólo existirán si sus variables de estado o de equilibrio permanecen dentro de ciertos valores.
La virtud de la ciencia, es que datos nuevos arriban sin cesar y la llevan a cambiar sus visiones e ideas; no hay realidad que podamos comprender de manera unidimensional. Toda visión parcial es pobre. Hay que tener sentido del carácter multidimensional de toda realidad. A la vez, debemos aceptar que jamás podremos escapar a la incertidumbre y jamás podremos tener un saber total.
Los modelos propuestos para el manejo de los recursos naturales, ya sea para el manejo de pesquerías, bosques, pastizales, control de plagas o agricultura, pueden clasificarse en diferentes categorías y, es necesario tener muy claro sus diferencias fundamentales. Y por lo mismo, es necesario entender de forma precisa, debilidades y fortalezas de los diferentes tipos de modelos.
Los modelos de rendimiento por recluta, maximizan el rendimiento de un recurso, manipulando la mortalidad de explotación y la edad mínima o de primera 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 incluirlos si es que queremos obtener una metodología de aplicación universal
Nuestros modelos, son modelos complejos no-estacionarios, donde es posible incluir tantos factores ambientales como sean necesarios para construir el modelo y, de poder incorporar posibles estrategias de manejo de los recursos naturales, 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 la 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 cómo maximizar la productividad de una especie útil o, minimizar la productividad de una plaga.
Conforme la biomasa poblacional disminuya, la tasa de crecimiento efectivo incrementará y la edad media en la población disminuirá. En equilibrio, la residencia media en la población será siempre igual al inverso de su tasa reproductiva. Cualquier disminución en la biomasa poblacional menor al tamaño original, cuando dio inicio la explotación, puede incrementar su potencial de crecimiento y reproductivo, porque al disminuir la densidad poblacional, deben mejorar las condiciones para la población restante.
La edad media en la biomasa poblacional, disminuye al aumentar la explotación. La actividad pesquera puede disminuir la capacidad de sostén del ecosistema, lo cual es de efecto acumulativo y proporcional a la intensidad pesquera aplicada, afectando a su vez a la máxima biomasa que el hábitat puede mantener.
La tasa de recuperación será menor conforme el daño en el hábitat sea mayor. La meta es mantener a la población en explotación en la mitad de su tamaño inicial, para obtener su óptimo rendimiento. Las decisiones para el manejo del recurso, se basan en el tamaño de la biomasa poblacional y su comparación al valor óptimo de esta biomasa inicial. Un modelo de toma de decisiones más sofisticado, debería de incorporar los niveles de capturas recomendadas basadas en los tamaños pronosticados y en las inexactitudes de estas predicciones, componente importante para una versión final de un modelo integral para la toma de decisiones.
Su esencia no radica tan sólo en el conjunto de técnicas cuantitativas, sino también en la flexibilidad y universalidad de su enfoque. Destacando que comprender el comportamiento de cada una de las partes del sistema, no nos garantiza que podamos entender el comportamiento del sistema como una unidad funcional.
Una inadecuada preservación de los recursos naturales es un desperdicio de recursos valiosos; su manejo por otra parte hace posible la domesticación de naturalezas inhóspitas, diseñando hábitats adecuados para convivir hombre y naturaleza. Una de las cosas más importantes que la simulación matemática en dinámica poblacional ha hecho, es la de identificar los factores causantes del cambio poblacional, ciclos y comportamientos caóticos, ya que si bien la fluctuación poblacional es impredecible, pero no lo son las condiciones que dan origen al comportamiento caótico. La incertidumbre debe incorporarse en las estrategias de manejo, reconociendo que algunas fluctuaciones siempre ocurrirán, así como que siempre habrá sorpresas, pero también, donde las soluciones pueden frecuentemente diseñar formas para reaccionar a estas sorpresas.
Existen dos formas conocidas de estudiar el caos, en el manejo de los recursos naturales: Los métodos estadísticos de series de tiempo y, los métodos basados en la reconstrucción de atractores usando el teorema de Takens. Otro método reciente y es el que aquí utilizamos, se basa en la bifurcación y la ruta del caos, pronosticada por modelos matemáticos, donde si la dinámica caótica existe, podremos reproducir la ruta al caos. Y donde la mezcla de no linealidad y estocasticidad, producen un nivel de complejidad que no puede ser vista y observada por el estudio de los atractores determinísticos solamente.
El principio básico es la consideración de que un modelo simple, determinístico de dimensión baja, puede dar no solamente simulaciones y predicciones exactas sino también dar explicaciones de la compleja dinámica exhibida por los sistemas biológicos. El exponente de Lyapunov, representa una medida de la caósidad de estos ecosistemas y una medida de su cantidad de información contenida en ellos. Leyes sencillas, procesos no-lineales, sensibilidad a las condiciones iniciales y a la retroalimentación, son los factores que al parecer hacen funcionar el mundo.
Un punto clave para entender la dinámica de las comunidades ecológicas en el corto tiempo, es saber qué es lo que determina la fluctuación interna de la población. También sería de gran utilidad pronosticar lo que puede ocurrir cuando una población es explotada o cuando se alteran los patrones climáticos.
La naturaleza está regida por leyes y es a través de éstas que sus sistemas se adaptan a las condiciones del ambiente local. Es necesario identificar las 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.
CLIMA Y BALANCES DE LA NATURALEZA
Cada comunidad es única y cuando es perturbada, rápidamente reaccionará para restaurar su equilibrio. El “balance de la naturaleza” se refiere a la habilidad de la comunidad para resistir o recuperarse de perturbaciones externas.
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.
Las poblaciones, no sólo fluctuarán en tamaño conforme transcurran en el tiempo, sino también su distribución en el espacio presentará una distribución de conglomerados o parches, que emergen de la misma naturaleza.
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; lo que significa un mayor número de interacciones entre sus elementos y una minimización del flujo de energía por unidad de biomasa poblacional existente.
El reto es determinar el modelo que nos dé la descripción más realista del sistema y, una vez que el modelo ha sido construido y sus elementos constitutivos estimados, podemos utilizar algunos métodos para encontrar cómo maximizar la productividad de una especie útil o, minimizar la productividad de una plaga.
DINÁMICAS PRODUCTIVAS Y ADMINISTRACIÓN DE LOS RECURSOS NATURALES
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, la 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.
La eficiencia de las presas depende no sólo 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 consumidas por las presas en la unidad de tiempo, se le conoce como eficiencia de la cadena alimenticia de la presa. Y así también la tasa de: calorías de las presas consumidas por predador en la unidad de tiempo entre el número de calorías de las plantas consumidas por las presas por unidad de tiempo, es llamada la eficiencia ecológica de las presas.
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 que la población consumida sea incapaz de auto-mantenerse así misma y poder seguir siendo utilizada como alimento en el futuro. Es decir, un predador debe usar sus presas de manera eficiente y al igual que todos los organismos en la naturaleza, también parecen comportarse con mucha prudencia, lo cual fue aprendido y obtenido a un costo de experimentos evolutivos interminables, la cual también implica que dicho aprendizaje tuvo grandes costo en vidas.
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 organismos.
Si por simplicidad consideramos que existe una tasa de depredación constante y queremos conocer sus efectos sobre las poblaciones 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 también que al remover algunos de estos animales, incrementamos la disponibilidad de alimentos para los que son dejados, por lo que 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 crías y alterará la distribución de los sobrevivientes 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 extingan.
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 de depredación es baja, la mortalidad por hambre y enfermedades incrementa observándose que el efecto de depredación, sólo el tamaño de la presas se observa como aquel que substituye una causa de mortalidad por otra o, disminuye la sobrevivencia en una edad en particular en la población o también puede actuar sobre ambas cosas. Sin embargo si la sobrevivencia en alguna edad es reducida por depredación, se presentará un cambio compensatorio 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 depredación sobre la biomasa de las presas dependerá de manera precisa y definible en la eficiencia con que los organismos se producen y en la distribución de la 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 que se da en las máquinas.
Un organismo hace muchas cosas que requieren de energía: movimiento de sus partes internas, movimiento de sí mismo en su ambiente productivo, producción para crecimiento de su cuerpo y reproducción. Pero solamente la producción relacionada con su crecimiento será considerada como un tipo útil de energía potencial y, otras posibles de energía a nivel individual son generalmente ignoradas.
Aunque todos los organismos dependen en última instancia de la energía radiante del sol, la energía que es transferida de organismo a organismo y que 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, la cual deben establecerse claros estados de sus limitaciones, ya que 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 potencia de un animal muerto o de sus heces o al alimentar a un depredador.
El contenido de energía en una población puede ser medido en términos de calor liberado en su combustión, si conocemos el valor energético del alimento dado a una población. Y con el valor energético de rendimiento, seremos capaces de calcular la eficiencia de la población de convertir el alimento en peso de su cuerpo.
Para estar seguro que la población que alimentamos será capaz de persistir bajo el procedimiento de remoción de sus individuos, el número 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 refiriéndonos 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 tasas 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 los 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 observados en el laboratorio y 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 propósitos prácticos, la eficiencia ecológica puede considerarse como una constante y puede esperarse que futuras estimaciones de ella tiendan a converger 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 con composición de edades y distribución de tamaños constante. Y para ser esto, la distribución de tamaños y edades de los elementos removidos debe ser constante.
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. Por lo tanto, los estados estacionarios son distintos del equilibrio y se dan tanto en sistemas vivos como no vivos.
LOS SISTEMAS ECOLÓGICOS Y LA HUMANIDAD
Las leyes naturales son absolutas e inmutables y funcionan independientemente de los valores y juicios humanos. Por eso debemos identificarlas y obedecerlas si deseamos ajustarnos al orden natural. Debemos tratar también de comprender los factores que gobiernan y regulan el desarrollo, estructura y funcionamiento de los sistemas naturales.
La naturaleza se rige por estas leyes y mediante la selección natural, los sistemas se adaptan a las condiciones del ambiente local. Es decir, que la vida en nuestro planeta se caracteriza por su capacidad reproductiva, evolutiva y adaptativa y, se organiza por niveles de complejidad que aumentan con el tamaño del sistema.
Absorción, concentración y regulación de los flujos de materia y energía entre los componentes del sistema, dependen de su organización estructural y son ejemplos de procesos que contribuyen al flujo óptimo de energía.
Un sistema con gran complejidad estructural, sólo puede existir si el ambiente físico es lo suficientemente benévolo para mantener su organización. Con un óptimo flujo de energía, aumenta al máximo el trabajo que rinde un sistema y por consiguiente, mejora su condición competitiva. Y, así el sistema mejor acoplado al ambiente con esta ventaja competitiva, será el sistema con la mayor probabilidad de sobrevivir.
Interesa poder conocer las adaptaciones estructurales al ambiente físico y biológico, al cual se expone el sistema y saber cómo y porqué su propia organización contribuye a su funcionamiento y por lo tanto, a los flujos de energía a través del ecosistema
La biosfera es capaz de abastecerse por sí sola de todas las substancias y alimentos necesarios para mantener la vida y, ninguna especie puede sobrevivir aislada del resto de este gigantesco sistema.
Un regulador de ecosistemas, es una especie que utiliza una porción de los recursos del sistema y a cambio, ejecuta acciones especializadas que son necesarias y de provecho para la sobrevivencia de ese sistema. Los animales son reguladores de ecosistemas, ya que hacen posible el flujo de energía a través de éstos.
Muchas veces las acciones humanas alteran la estructura y función de los sistemas naturales; sin embargo, debemos comprender que entre una especie y el sistema que la contiene, hay una relación dinámica, en la cual ambas partes tienen la capacidad de evolucionar y adaptarse.
El descubrimiento de que en las leyes biológicas existe subordinación de las partes y de los mismos procesos que lo componen. Niveles de orden superior implican nuevas leyes, que no son deducibles de los niveles inferiores, con el poder de desarrollarse espontáneamente hacia estados de mayor heterogeneidad y complejidad.
ECONOMÍA ECOLÓGICA Y ENFOQUE SISTÉMICO, ENTES INSEPARABLES EN LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS SOCIALES
Necesitamos movernos de una economía que ignora la interdependencia a una que la reconozca y se base en ella. Es imperativo, por tanto, mantener el tamaño de la economía global dentro de la capacidad del ecosistema para sostenerla. Una economía que aumenta su producción, sólo se está haciendo más grande, superando los límites y dañando la capacidad de auto-reparación del planeta.
La economía ecológica, representa un intento para capturar el espíritu del análisis integrado e interactivo de los problemas. Y es a través de éste como podemos aspirar a comprender y resolver nuestros problemas económicos y sociales más urgentes y complejos; comprendiendo que los avances en la política y la administración ambiental y del futuro bienestar, dependen de la integración de estos campos del pensamiento.
Los sistemas económicos y ecológicos presentan características observadas en los sistemas vivos, por lo que no se comprenden bien usando métodos reduccionistas de la ciencia clásica. El análisis de sistemas a su vez, nos da una visión más natural, transdisciplinaria e integradora de dichos sistemas.
El problema de sistemas, es esencialmente el problema de las limitaciones de los procedimientos analíticos, superando estas limitaciones, modelando lo no lineal y lo complejo en diferentes escalas.
La administración ambiental adaptativa, nos ayuda a comprender y administrar sistemas complejos y su transformación, donde todo esta interconectado y cambiando y, donde hay grandes incertidumbres, reconociendo la naturaleza coevolucionista de los sistemas económicos y ecológicos, lo que nos ayuda también a entender cómo los sistemas naturales y sociales se interconectan y cambian. Inspirando a estudiar el ambiente como una ciencia de sistemas y vinculándola con la economía y otras disciplinas.
Es imperativo revisar nuestro pensamiento económico, a fin de adaptarlo a la energía finita y los recursos limitados de la Tierra. El objetivo no sólo consiste en interpretar el mundo sino en transformarlo. Lo que se consume cuando usamos energía, no es la energía en sí misma, sino su disponibilidad para realizar trabajo útil.
La producción gobernada por el afán de lucro, origina una producción de ingentes cantidades de objetos inútiles; eso significa que en dicho afán, algo anda mal en la distribución de la riqueza o el poder o en ambas cosas.
Para el bien de la posteridad, la humanidad debe contentarse con el estado estacionario, antes que la necesidad nos obligue, el cual demandaría menos recursos de nuestro medio, pero mucho más de nuestros recursos morales. Las consecuencias económicas y sociales del estado estacionario, son enormes y revolucionarias en función de una población y un nivel de vida deseable. El cambio en el pensamiento económico, esboza un sistema económico sensible a la ecología y la ética.
La segunda ley de la termodinámica señala que es imposible reciclar la energía y que toda ella acabará por convertirse en desecho térmico; además de que es imposible reciclar los materiales en su totalidad, con lo que con el tiempo cesará todo tipo de vida. Y a medida que la entropía o el desorden producido se acerquen a su máximo, la contaminación térmica nos sorprenderá, pues cada vez que usamos energía, producimos inevitablemente desechos térmicos inutilizables que pueden tener graves consecuencias en los ecosistemas y sistemas climáticos, que dependen de la temperatura.
El agotamiento de los recursos y la acumulación de desperdicios, significan lo mismo que un incremento de la entropía, por lo que podemos considerar que nuestra manía por el crecimiento, es una segura receta para el desastre. El incremento adicional en el uso de la energía, tenderá a complicar los problemas ambientales, por lo que las perspectivas de mantener las funciones de los ecosistemas son muy desalentadoras. Nadie parece reconocer que la causa de todo esto es que los economistas no han reconocido la naturaleza entrópica del proceso económico actual y, de que la humanidad no estaría dispuesta a renunciar a sus comodidades.
La economía clásica es masivamente ineficiente y las tecnologías actuales sólo hacen degradar la energía, la materia y la biodiversidad o riqueza biológica más rápidamente, por lo que es necesario desarrollar nuevas tecnologías que trabajen con procesos naturales, que requieran menos insumos y energía, utilicen metodologías agroecológicas y cambiar las estructuras disciplinarias de nuestras instituciones por el pensamiento sistémico.
Identificar las desventajas actuales y conocer las posibilidades de las tecnologías con base ecológica, es lo que permitirá la sustentabilidad y la distribución y asignación justa y eficiente, dando nacimiento de un nuevo tipo de industrialización, que difiera en su filosofía, metas y procesos fundamentales. Y a través de esta transformación, sea capaz de crear una economía sana y vital, donde para que exista prosperidad, debemos obtener mucho más beneficios de cada unidad de energía, agua u otro material tomado de la naturaleza.
Con este cambio de economía, se ofrecerán nuevas oportunidades, disminuyendo el agotamiento de los recursos naturales y la contaminación y, así servir como una posible base para el incremento del empleo. La mejor comprensión de los sistemas ecológicos y la forma cómo funcionan y se mantienen, puede ayudarnos a diseñar y mantener sistemas económicamente sustentables.
La productividad y sus estrategias pueden detener la degradación de la biosfera, hacerla dar más beneficios, generar un mayor número de empleos, salvaguardando los sistemas vivos y obteniendo una mayor cohesión social, fomentando procesos de producción alternativos para asegurar que el producto o desecho secundario, sea ahora un componente absolutamente integral en el sistema. Diseñando nuevos productos que proporcionen el mismo servicio o incluso mejor, usando menos recursos, menos complicaciones de trabajo y menos capital. Pasando de una economía de productos, a una de flujos de servicios, donde la calidad, utilidad y buen desempeño promueva nuestro bienestar. Evitando a la vez, que el acceso a los recursos naturales sea motivo de generación de conflictos.
MITOS POR DESTERRAR EN EL MANEJO DE RECURSOS NATURALES
Tiene que desterrarse la idea errónea de que una región puede crecer y desarrollarse indefinidamente. También hay que eliminar el mito de que las regiones con zonas naturales son de importancia sólo si se desarrollan económica o socialmente. Estos dos mitos propician a la larga los desastres ecológicos que ocurren a diario en las zonas tropicales.
La alternativa ecológica para un futuro de prosperidad, debe fundamentarse en un modelo donde la intensidad de la actividad humana dependa tanto de la economía y la cultura, como del aporte de los sistemas naturales. Y donde entre más pronto nos demos cuenta de esta realidad, más pronto nos percataremos de que el sistema en que vivimos tiene límites de crecimiento. Y por lo tanto, tenemos que ajustar nuestras ambiciones a la capacidad de nuestros alrededores para sostenernos. Limitando el crecimiento de nuestros sistemas, estaremos actuando conforme al concepto de sociedad en estado estable.
PLANIFICANDO EL FUTURO EN UNA SOCIEDAD ESTABLE
Desde el punto de vista de la sucesión ecológica, la sociedad estable representa el máximo desarrollo permisible, lo que proporciona la estabilidad de largo plazo.
En los sistemas de estado estable, se deja de crecer, pero a la vez se mantiene un flujo de energía estable que retiene la capacidad de diversificación y, la oportunidad de utilizar con más eficacia la energía que recibe, implicando más oportunidades para acomodar en el sistema, un mayor número de componentes, los cuales recibirán la cantidad de energía necesaria para mantener sus actividades a un nivel adecuado y de mayor eficiencia, utilizando toda su energía para mantener la calidad de vida de sus componentes. Si se destruye una estructura, se repara de inmediato, es decir hay construcción y crecimiento, lo que no se da cuando se alcanza el nivel de desarrollo máximo.
Como la sociedad en estado estable, incorpora la riqueza natural en la ecuación de desarrollo. Y como a su vez, el éxito de esta sociedad depende de la creatividad y el trabajo humano, muchos de los problemas sociales y poblacionales disminuirán en importancia, a medida que se efectúen los ajustes culturales y sociales con las realidades y los límites naturales de los países.
Los habitantes de cada país deben comenzar a planificar el futuro con base al ajuste ecológico. Esto implica una delimitación inicial de la riqueza natural y de las potencialidades de cada zona de vida. Cualquier función vital que pueda llevarse a cabo utilizando los sistemas naturales, debe efectuarse de esta manera, en vez de emplear estrategias que exigen un alto costo de energía.
El tipo de asociación que va a caracterizar a la humanidad, de hoy en adelante, se debe basar en la comprensión de que todo está vinculado entre sí y es interdependiente. Ahora, es mayor que nunca la necesidad de entender que hay un contacto íntimo entre la economía del desarrollo y el medio ambiente. Existe una relación fundamental entre estas disciplinas, en vista de los intercambios que se producen en las complejas comunidades de productores y consumidores.
Desafortunadamente, las consecuencias económicas de aspectos como es la sustentabilidad, no son aún lo bastante claras para los creadores de políticas de la economía, en vista de que la sustentabilidad nos obliga a prestar atención al futuro, ya que quiénes toman las decisiones, son propensos a considerar sólo los beneficios inmediatos y a pasar por alto los costos a largo plazo.
Si bien es posible que al continuar con el crecimiento económico podamos capacitarnos para afrontar los problemas del medio ambiente con más eficacia, la experiencia nos ha mostrado muy pocos éxitos en este sentido. En sí mismo, el crecimiento económico no es ni la única causa ni el remedio de la degradación ambiental, ya que sus nexos son mucho más sutiles y complejos.
Los problemas del medio ambiente no han sido bien entendidos, ya que generalmente nos ocupamos más de los síntomas que de las causas medulares, donde las manifestaciones son indicadores tardíos de un desarrollo no sostenible.
Las consideraciones económicas, señalan tanto las causas medulares como el posible remedio de la degradación ambiental. La buena economía y la buena ecología, deben ir de la mano en los países en desarrollo, factor esencial para la calidad de la vida, donde el ambiente es un determinante crítico de la cantidad, calidad y sustentabilidad de las actividades humanas y, de la vida en general.
Los problemas ecológicos tienen una dimensión de cantidad y otra de calidad. Con el agua, influye la escasez y el deterioro de su calidad; con el bosque la deforestación y la reducción de la productividad; con el suelo su erosión, anegamiento y la salinidad; con la pesca la sobreexplotación, cambio de la composición piscícola a favor de las especies menos valiosas en su demanda y la contaminación de los peces; en el ambiente urbano por la contaminación del aire, agua y ruido.
Cuando se habla de la degradación del medio ambiente, es importante considerarla en sus tres dimensiones: cantidad, calidad y diversidad, así como su interdependencia.
Cualquier tipo de explotación de los recursos no renovables, lleva de un modo inevitable a su agotamiento parcial o total, así como a la degradación del paisaje y a la generación de desechos. La cuestión no es cómo prevenir o eliminar por completo la degradación ambiental, sino cómo reducirla al mínimo o por lo menos, mantenerla en un nivel que sea congruente con los objetivos de la sociedad.
A fin de construir una sociedad sostenible para las generaciones venideras, será preciso que rediseñamos por completo muchas de nuestras tecnologías e instituciones sociales, salvando el abismo actual entre el diseño humano y los sistemas ecológicamente sostenibles de la naturaleza.
Las leyes naturales son absolutas e inmutables y funcionan independientemente de los valores y juicios humanos. Por eso debemos identificarlas y obedecerlas si deseamos ajustarnos al orden natural. Debemos tratar también de comprender los factores que gobiernan y regulan el desarrollo, estructura y funcionamiento de los sistemas naturales.
La naturaleza se rige por estas leyes y, mediante la selección natural, los sistemas se adaptan a las condiciones del ambiente local. Es decir, la vida en nuestro planeta se caracteriza por su capacidad reproductiva, evolutiva y adaptativa y, se organiza por niveles de complejidad que aumentan con el tamaño del sistema.
Absorción, concentración y regulación de los flujos de materia y energía entre los componentes del sistema, dependen de su organización estructural. Y son ejemplos de procesos que contribuyen al flujo óptimo de energía.
Un sistema con gran complejidad estructural, sólo puede existir si el ambiente físico es lo suficientemente benévolo para mantener su organización.
Con un óptimo flujo de energía, aumenta al máximo el trabajo que rinde un sistema; por consiguiente, mejora su condición competitiva y así, el sistema mejor acoplado al ambiente con esta ventaja competitiva, será el sistema con la mayor probabilidad de sobrevivir. Interesa poder conocer las adaptaciones estructurales al ambiente físico y biológico, al cual se expone el sistema. Y, saber cómo y por qué su propia organización, contribuye a su funcionamiento. Y por lo tanto, a los flujos de energía a través del ecosistema.
La biosfera es capaz de abastecerse por sí sola de todas las sustancias y alimentos necesarios para mantener la vida. Y, ninguna especie puede sobrevivir aislada del resto de este gigantesco sistema.
Un regulador de ecosistemas, es una especie que utiliza una porción de los recursos del sistema y a cambio, ejecuta acciones especializadas que son necesarias y de provecho para la sobrevivencia de ese sistema. Los animales son reguladores de ecosistemas, ya que hacen posible el flujo de energía a través de éste.
Muchas veces las acciones humanas alteran la estructura y función de los sistemas naturales; sin embargo, debemos comprender que entre una especie y el sistema que la contiene, hay una relación dinámica, en la cual ambas partes tienen la capacidad de evolucionar y adaptarse.
Las magnitudes de los problemas del ambiente, trascienden fronteras amenazando la salud, prosperidad y empleos, por lo que será crítico redireccionar el uso de nuestros recursos naturales, para alcanzar una estabilidad económica y política.
El holismo, es una tendencia específica, de carácter concreto, creadora de todas las características del universo. Y por lo tanto, muy fructífera en resultados y explicaciones.
Las palabras holismo y organicismo, se han empleado indistintamente.
Para los reduccionistas, el problema de la explicación se resuelve en cuanto se logra la reducción a los componentes más pequeños. Asegurando que en cuanto se completa el inventario de dichos componentes, de los que se ha determinado la función de cada uno, debería resultar fácil explicar también todo lo observado en los niveles superiores de organización.
Esta afirmación, según los organicistas, no es cierta, ya que el reduccionismo es completamente incapaz de explicar características de los sistemas que se manifiestan en los niveles de organización superiores.
Tanto las partes como los todos, son entidades materiales. Y la integración, es el resultado de la interacción de las partes, como consecuencia de sus propiedades, donde además la descripción de dichas partes por separado,no pueden explicar las propiedades del sistema en su conjunto.
La organización de las partes, es lo que controla el sistema. Y ningún sistema puede ser explicado por completo describiendo solamente las propiedades de sus componentes aislados.
Los seres vivos poseen organización y su funcionamiento depende completamente de ésta; así como de sus interrelaciones mutuas, interacciones e interdependencias. Caracterizándose por poseer toda clase de mecanismos de control y regulación, incluyendo múltiples mecanismos de retroalimentación que mantienen el estado estacionario del sistema.
El organicismo nos dice de la importancia de considerar el sistema como un todo y en que dicho todo, no debe considerarse como algo misteriosamente cerrado al análisis, sino que debe estudiarse y analizarse eligiendo el nivel de escala adecuado para nuestros propósitos.
El objetivo de la ciencia, es hacer avanzar nuestra comprensión de la naturaleza y descubrir la verdad universal definitiva encarnada en dichas leyes y, en poner a prueba su veracidad mediante predicciones y experimentos.
SIMULACIÓN BÁSICA POBLACIONAL
La tasa de variación
dx/dt) de la población
(x) será proporcional a ella misma , y si el alimento y el espacio físico son abundantes.
Donde,
r toma un valor real positivo.
La población
x/t) de la especie
E crece de acuerdo con la solución de la ecuación (1) del modo siguiente:
donde
x(0) es la población inicial en el tiempo ; que nos da un crecimiento ilimitado de la ecuación, conocido también como modelo de Malthus.
Sin embargo, como el sistema ecológico es cerrado, significa que tanto el alimento como el espacio, a pesar de ser abundantes, no son ilimitados, es decir, que debe existir un límite al crecimiento.
La población después de alcanzar un cierto número, comenzará a competir entre ellos mismos. El modelo (1) no considera esta última situación y por lo mismo no cumple con el hecho de limitar el crecimiento poblacional. El caso mas simple de la ecuación diferencial que cumple con las condiciones, será el siguiente.
Nótese que
Xk = -b/a es el valor máximo que la población puede alcanzar, debe tener valores positivos,
Xk y deben tener signos diferentes. La solución de (3) nos da la familia de curvas logísticas, respecto al valor inicial
Con valores
b negativo tenemos una población crítica de
XR, de forma que si la población inicial es menor a este valor, la población tiende o va a la extinción. Y si la población inicial es mayor, crece sin límites. O, podemos analizar el caso general en la dinamita de una población sola, como
es decir el crecimiento denso-dependiente.
Desarrollando en series de Taylor
con
Suponiendo que
Con “
b positivo y
r negativo” la familia de soluciones de (9), se obtienen un comportamiento similar al de la ecuación (4), es decir de la familia logística.
Si por otra parte, suponemos un tamaño poblacional caótico,
Xc de tal forma que cualquier población que alcance un tamaño subcaótico respecto a
Xc, significará la extinción de ésta; en cambio para un población supercaótica, es decir mayor de
Xc, se desencadenara un crecimiento que estará acortada por
Xc.
Un caso general y simple de esta dinámica, podrá representarse por:
El caso general de dos especies interactuando puede expresarse como:
Si desarrollamos ambas en series de Taylor respecto al origen, tenemos
Donde son los números naturales.
Si se consideran poblaciones que habitan sistemas ecológicos cerrados, no se consideran aspectos de inmigración.
De este modo, tanto
F1 (0,4)=0 para todo
y positivo, como
F2 (0,4)=0 para todo
x positivo: Esto resulta en (13)
Por lo tanto:
La forma general del modelo Lotka-Volterra:
Donde
Originalmente Lotka, considera que:
pueden, ser aproximadas por términos lineales:
EL MODELO DE LOTKA-VOLTERRA
En general el modelo general de Lotka-Volterra, dado por las ecuaciones (15) no se pueden solucionar integrándolas; como tampoco en su forma inicial, dado por:
Solo en casos especiales y con ciertas restricciones en los coeficientes se han encontrado soluciones para (16), apareciendo funciones complejas como son las funciones de Bessel. Sin preocuparnos de las formas exactas, podremos dibujar figuras aproximadas de su espacio de fases.
Analizando el comportamiento asintótico de las soluciones de (16); debemos encontrar los puntos críticos del sistema, desde los cuales las trayectorias se originan o se aproximan.
Los puntos críticos o puntos de equilibrio son aquellos en los que los derivadas tanto de
x como de
son nulos.
Se tienen cuatro puntos críticos; tres de ellos sobre los ejes dados por;
y el cuarto punto crítico, resulta de la intersección de las rectas.
Así, si el determinante
D = ad - bc no es nulo y se tiene el cuarto punto crítico:
Para tener una idea de las soluciones de (16), hay que conocer aproximadamente la dirección y el sentido en que se mueven estas trayectorias.
Una forma de visualizarlas es mediante la isoclinas de (16). Las isoclinas de (16), son curvas sobre las cuales la inclinación de las trayectorias es constante. Las isoclinas más simples de calcular son las dos familias
FxyFy , donde sobre
Fx se tiene
dx/dt . La familia
Fx se obtiene mediante la ecuación
qué da dos rectas, la recta
x=0 y la recta
La familia
Fy se obtiene mediante la ecuación
queda nuevamente, dos rectas, la
y=0 y la
A partir de esta información es posible visualizar con bastante exactitud el comportamiento dependerá básicamente de la localización del punto crítico
(x0,y0)=P0 . El punto
P0 puede encontrarse en cualquiera de los cuatro cuadrantes; En el caso del tercer cuadrante se predice una explosión demográfica sin límite, por lo general no es ecológicamente posible. En el segundo cuadrante implica la extinción de una de las especies. El caso de
P0 en el cuarto cuadrante es análogo al anterior. Para el caso del primer cuadrante, las rectas de
pueden cortarse de varias maneras, lo que da origen a diversas situaciones ecológicas.
Se tiene la propiedad común de poseer un punto de equilibrio estable; donde las trayectorias se aproximan a
P0 y las pequeñas perturbaciones que pudieran presentarse no modifican la estabilidad del sistema. Las especies se aproximan al equilibrio, recorriendo ciclos similares las espirales logarítmicas, donde partiendo de un punto inicial próximo al eje y bajo la recta
se tendrá en un principio la sensación de que la especie va a su extinción, sin embargo en seguida observamos que al cortar la recta
se da un cambio brusco, que hace que dicha trayectoria se desvía hacia el punto critico
P0. Si
P0 esta en el primer cuadrante solo si tanto como son positivos; para que esto suceda debe darse que
ab y
r no pueden tener el mismo signo y
c,d y
s tampoco pueden tener el mismo signo. No basta que el punto crítico de equilibrio
P0 se encuentre en el primer cuadrante para garantizar la sobrevivencia de ambas especies.
La sobrevivencia de ambas especies, la extinción de una de ellas o la extinción de ambas especies dependerán exclusivamente de las características de estabilidad del punto crítico de equilibrio
P0 , cuando este se encuentra en el primer cuadrante.
Al analizar la ecuación (16), se supone diferente de cero a los parámetros
a y
d. El problema consiste en estudiar detalladamente el modelo (16), los casos posibles y siguiendo los lineamientos ya señalados anteriormente.
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