40 años de observaciones de la población de gaviota de Audouin (Ichthyaetus audouinii) realizadas por la Dra. Meritxell Genovart y el Dr. Daniel Oro del Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CEAB-CSIC) han permitido modelar por primera vez el colapso de una población después de una perturbación en el ecosistema.
El modelo matemático desarrollado por el Prof. Lluís Alsedà y Prof. Josep Sardanyés del Centro de Investigación Matemática (CRM) en colaboración con el equipo científico del CEAB-CSIC y el Prof. Alan Hastings de la Universidad de California Davis ha permitido reproducir la dinámica de la fuga y dispersión de la población de gaviotas corsas en la punta de la Banya (Delta del Ebro). Esta fuga y dispersión se produjo a raíz de la llegada de los depredadores carnívoros, principalmente zorros.
El modelo matemático, que se ha ajustado a los datos de campo utilizando algoritmos de inteligencia artificial, muestra que el mecanismo principal de dispersión de la especie es el de copia social, lo que podría ser extrapolable al estudio otras especies sociales.
Primer conjunto de datos desde el establecimiento de la población de gaviota de Audouin
Desde 1981, un equipo del CEAB-CSIC en colaboración con el Parque Natural del Delta del Ebro, ha realizado un seguimiento exhaustivo del número de gaviotas de Audouin reproductoras en este espacio protegido. Estos datos son muy valiosos ya que registran el comportamiento de la población desde la colonización, la transición rápida hasta convertirse en la mayor colonia del mundo, y finalmente, en su colapso, 40 años más tarde. La punta del Banya ha sido un lugar de reproducción clave para estudiar las dinámicas de la metapoblación de la especie en todo el Mediterráneo occidental, que incluye el 90% de la población mundial de la especie.
Durante la fase inicial, de 1981 a 1997, las gaviotas encontraron condiciones de cría tan buenas que el crecimiento poblacional fue exponencial, gracias a unas altísimas tasas de fertilidad e inmigración nunca registradas antes, y la colonia llegó a contener hasta el 73 % de la población, algo absolutamente insólito.
La segunda fase se inició con la llegada de los zorros a la colonia, que vinieron atraídos por la gran disponibilidad de pájaros coloniales que criaban en la Banya, generando una perturbación que fue erosionando progresivamente la calidad del habitat. Esta especie de pájaro colonial no dispone de ningún mecanismo activo de defensa frente a los depredadores terrestres y su única respuesta es dispersar a otras zonas de cría. Las gaviotas siguieron reproduciéndose unos años esperando a que la situación se revirtiera y mientras tanto recogieron información sobre otros lugares donde emigrar y criar, en caso necesario.
Después de unos años en los que las condiciones de cría no dejaron de empeorar, se produjo una emigración en cascada hasta terminar en el colapso de la población, que pasó en pocos años a tener sólo el 3% de la población mundial.
Un modelo matemático único que describe la dinámica de la población de gaviotas corsas
El Prof. Luis Alsedà y el Dr. Josep Sardanyés, conjuntamente con el Prof. Daniel Oro, han elaborado un modelo matemático para describir la dinámica de la población de gaviotas. Utilizando los datos de campo recogidos por el equipo científico del CEAB-CSIC, pudieron estudiar el crecimiento exponencial inicial de la población y encontrar los parámetros ecológicos más relevantes responsables de la dinámica observada en el Cuerno, estimando las tasas de reproducción, inmigración, y competición (por la comida y/o por las zonas de nidificación) entre miembros de la misma población.
El modelo matemático ha permitido estimar la capacidad de carga del ecosistema de la Banya (lo bueno es el lugar de estudio para albergar la población de pájaros debido a la disponibilidad de alimento, condiciones ambientales, espacio), así como el equilibrio esperado de la población.
Con la llegada de los depredadores algunas gaviotas empezaron a dispersar antes de alcanzar el equilibrio poblacional predicho por el modelo matemático. Y es aquí donde aparece la novedad del modelo. El equipo ha podido demostrar que modelizando diferentes términos de racimo y aplicando métodos de inteligencia artificial como los algoritmos genéticos, que la dispersión de la población tras la perturbación responde al fenómeno de copia social.
«Los organismos necesitan almacenar información para reducir la incertidumbre propia de su entorno«, explica el Prof. Daniel Oro. “Esta información se dirige a optimizar la búsqueda de recursos, como el alimento o refugio frente a los predadores. Sin embargo, los animales sociales tienen un mecanismo propio moldeado por la evolución que es tan extraordinariamente simple y efectivo que ha aparecido desde las bacterias hasta los grandes vertebrados, incluida nuestra especie: la copia social. Cuando nos enfrentamos a una amenaza y no disponemos de la información necesaria para tomar una decisión, lo que hacemos es copiar lo que hacen los demás”.
El estudio describe y cuantifica, por primera vez, un tipping point social
Actualmente se habla a menudo de los puntos de inflexión o tipping points de los ecosistemas, a partir de los cuales su dinámica sufre cambios grandes que pueden acarrear extinción de especies y pérdida de biodiversidad. Estos cambios de régimen, que se han identificado en muchos estudios teóricos y sistemas reales, son muchas veces irreversibles.
Este estudio presenta una novedad en el mundo de la ciencia, el concepto de tipping point social, en este caso relacionado con la dispersión de los pájaros en función del tamaño poblacional. Este punto de inflexión social implica que cuando la dispersión afecta a un número umbral de individuos, el resto copia este comportamiento como en un alud. Esta respuesta abrupta, que llamamos no-lineal, en la dispersión, causó el colapso de la colonia en tan sólo 12 años.
El Dr. Sardanyés explica que: «Gracias al modelo matemático hemos podido estimar los parámetros ecológicos de la población y demostrar que el mecanismo más importante en la fuga de las gaviotas entre 2006 y 2017 fue el de la copia social. Además, el modelo ha permitido, por primera vez, cuantificar un punto de inflexión social (social tipping point) en la Naturaleza en el contexto de las metapoblaciones, que es un concepto ecológico muy importante que tiene implicaciones en la persistencia de las especies y en la gestión ambiental. Hasta ahora, la mayoría de modelos de metapoblaciones asumían que la dispersión era exponencial y aumentaba con el tamaño poblacional. Nosotros hemos determinado que en algunas especies esto no tiene por qué ser así. Así pues, nuestro trabajo aporta información muy valiosa para realizar modelos de metapoblaciones por especies sociales que muestren este tipo de comportamiento».
En un contexto de cambio global, entender el colapso de las poblaciones es fundamental
El resultado de esta investigación también podría generalizarse para estudiar los procesos de perturbación en ecosistemas estables y por respuestas de especies sociales a perturbaciones externas.
«Este tipo de proceso se parece mucho a lo que se registra en poblaciones humanas sometidas a una perturbación severa a lo largo del tiempo, como los conflictos bélicos«, dice el Prof. Daniel Oro, «y pone de manifiesto la trascendencia de un comportamiento tan sencillo como la copia social en las respuestas inesperadas de las poblaciones, como los colapsos».
El estudio muestra el papel que juega el comportamiento colectivo autoorganizado en la dinámica poblacional y en el colapso de las poblaciones de especies sociales.
«Este trabajo es el resultado de la intuición de un ecólogo (Daniel Oro) sobre la importancia de la copia social en la dispersión de una especie colonial”, explica Josep Sardanyés, co-autor del artículo. «Y también es un ejemplo de trabajo interdisciplinar, con elementos de ecología, estadística, inteligencia artificial, sistemas dinámicos y modelización matemática. La caracterización y cuantificación de la respuesta en la dispersión en función del tamaño poblacional, que hemos visto que es altamente no lineal y que varía de forma no trivial, no se habría podido obtener sin utilizar la modelización matemática».
Artículo de referencia:
Oro, Ll. Alsedà, A. Hastings, M. Genovart, J. Sardanyés. Social copying drives a tipping point for nonlinear population collapse. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 120(11), e2214055120 (2023) doi:10.1073/pnas.2214055120
