El 2 de febrero de 1887, los habitantes de Punxsutawney, Pensilvania, consultaron a un gran roedor sobre la llegada de la primavera, lo que marcó la primera celebración oficial del Día de la Marmota. Según Rob Guralnick, curador de informática de la biodiversidad en el Museo de Historia Natural de Florida, nuestra capacidad para predecir el momento de las estaciones no ha mejorado mucho desde entonces.
Por Jerald Pinson, Museo de Historia Natural de Florida
«No podemos hacer buenos pronósticos sobre si la primavera llegará temprano o tarde el año que viene tan bien como podemos hacer predicciones sobre el clima», dijo.
Los patrones climáticos influyen en el inicio y el fin de una estación, pero las formas en que las plantas y los animales responden a estos patrones, denominadas fenología, son igualmente cruciales. Los meteorólogos pueden hacer pronósticos de temperatura confiables con meses de anticipación, pero cuando se trata de predecir cuándo una especie de árbol comenzará a desarrollar hojas en toda su área de distribución, los científicos a menudo se quedan encogidos de hombros.
Cuando a la mezcla se suman factores complejos como el cambio climático , tales predicciones se vuelven aún más difíciles de realizar.
Pero un nuevo estudio publicado en la revista Communications Earth & Environment está destinado a hacer que la predicción estacional sea un poco menos onerosa y mucho más confiable. Los autores mejoraron los métodos existentes utilizados para predecir la fenología y agregaron una medición de cuán rápido se calienta una zona en primavera. Esta mejora permitió a los autores predecir cómo cambiaría el momento de la producción de hojas y flores a lo largo de un período que abarca más de 150 años.
Las especies de plantas en Estados Unidos florecen entre tres y cuatro semanas antes que hace 150 años
El descubrimiento se produjo gracias al redescubrimiento de un antiguo informe del siglo XIX que contenía miles de observaciones fenológicas detalladas de plantas y animales en todo el este de Estados Unidos. Las observaciones representan el primer esfuerzo organizado por el Instituto Smithsoniano para monitorear los ciclos biológicos en Estados Unidos con recolecciones de voluntarios, lo que lo convierte en el primer proyecto de ciencia ciudadana basado en la fenología en el país.
Los autores utilizaron estos patrones históricos de crecimiento como punto de partida para comprobar la precisión de sus ecuaciones. Dado que las plantas produjeron hojas y flores en un momento determinado de la década de 1850, predijeron cómo habría cambiado el momento de esos patrones 17 años después. Compararon sus resultados con las observaciones modernas para comprobar si coincidían.
Theresa Crimmins, directora de la Red Nacional de Fenología de Estados Unidos y coautora del estudio, se topó con el informe mientras trabajaba en un capítulo de un libro sobre fenología. «Desenterré este viejo documento y me di cuenta de que contenía datos reales. La mayoría de los otros informes a los que se había hecho referencia eran simplemente resúmenes».
El informe fue el resultado de una red de ciencia ciudadana de corta duración creada por el Instituto Smithsoniano para monitorear las condiciones estacionales y fue publicado en dos volúmenes por la Oficina de Patentes de Estados Unidos. La producción del segundo volumen, que contiene los datos sobre plantas y animales, se retrasó significativamente debido a una oleada de documentos oficiales que debían imprimirse durante la Guerra Civil. Cuando finalmente se publicó, la segunda mitad del informe contenía información sobre cuándo docenas de plantas produjeron hojas, flores y frutos desde Michigan hasta Florida y hasta el oeste de California.
«Este es el conjunto de datos más antiguo que tenemos donde analizamos la fenología a gran escala, y el cambio entre entonces y ahora es sorprendente», dijo Guralnick.
Para probar sus ecuaciones, los autores comenzaron por comparar los ciclos históricos de crecimiento con las observaciones realizadas en la última década para 18 especies de plantas . Anticiparon diferencias entre los dos períodos de tiempo causadas por el cambio climático, pero no estaban preparados para la magnitud de la alteración.
«Las 18 especies han avanzado en el crecimiento de sus hojas y en la fenología de la floración», dijo Crimmins. «En promedio, esto ocurre más de tres semanas antes que en el pasado. Hay algunas especies que están floreciendo más de un mes antes».
Está bien establecido que el calentamiento global ha dado lugar a primaveras más tempranas y veranos más largos, pero debido a la falta de datos históricos, es raro obtener una confirmación que abarque un período de tiempo tan amplio.
La tasa de calentamiento primaveral influye en el momento en que las plantas producen hojas y flores.
No todas las áreas (ni todas las especies) del este de Estados Unidos han experimentado el mismo ritmo de cambio a lo largo de 175 años. Por ejemplo, la fenología en el noreste de Estados Unidos ha avanzado en mayor grado que en el sudeste. Las ecuaciones trilladas que se han utilizado para predecir el crecimiento de las hojas y el momento de la floración no han podido explicar este y otros patrones aparentemente anómalos.
Normalmente, los científicos utilizan dos variables generales para predecir la fenología: dónde se encuentra la planta y cuánto tiempo cálido necesita para activarse. Esto suele funcionar bien para especies individuales en un área limitada, pero es menos eficaz para predecir cambios generales, como la llegada de la primavera en un bosque entero.
Esta limitación se atribuye generalmente a grandes cantidades de variación dentro y entre especies.
Un árbol de arce responderá de manera diferente a un roble, por ejemplo, y un roble en una zona responderá de manera diferente a un individuo de la misma especie en otra.
El cambio climático lanza otra bola curva.
«No sólo hay variación entre especies, sino también entre latitudes en la tasa de calentamiento global. El clima se está calentando más rápido en latitudes más altas», dijo la coautora Lindsay Campbell, profesora adjunta del Laboratorio de Entomología Médica de Florida de la Universidad de Florida.
Pero incluso cuando los científicos explican este calentamiento desigual, hay otros patrones que hasta ahora han eludido una explicación. Los arces rojos, por ejemplo, están entre las primeras plantas activas en el este de Norteamérica. A fines del invierno y principios de la primavera, los arces sin hojas emiten numerosas flores carmesí que se destacan entre otros árboles desnudos y latentes como una bengala de señalización.
Las azaleas rosadas adoptan un enfoque más mesurado, con hojas y flores que llegan más tarde en la temporada, hacia mediados de la primavera. Pero en algunas condiciones, esta secuencia puede invertirse, y las que generalmente se consideran plantas de floración tardía, como las azaleas rosadas, pueden dar flores antes que las que se consideran de floración temprana, como los arces, que crecen en la misma latitud.
Guralnick sospechaba que faltaba una pieza del rompecabezas que, de encontrarse, ayudaría a dar sentido a los patrones. Además de la ubicación de una planta y sus necesidades de calor, añadió una medida de la velocidad de calentamiento, la tasa a la que el calor aumenta durante la primavera. Las áreas próximas a grandes masas de agua tienden a tener velocidades de calentamiento lentas, porque el agua tarda más en calentarse que el aire. Como el agua también retiene el calor durante más tiempo que el aire, estas áreas también tienden a tener inviernos más cálidos.
Dibujó algunos bocetos en el dorso de una servilleta y pidió ayuda a Crimmins y Campbell para refinar la idea y desarrollar un modelo de cómo la velocidad de calentamiento, junto con los requerimientos de calor, podrían determinar la fenología.
Para poner a prueba la idea, dos becarias del museo, Michaela Keys y Carolyn Davis, digitalizaron los datos históricos del informe del Smithsonian. La coautora Erin Grady, estudiante de posgrado del departamento de biología de la UF, recopiló observaciones modernas realizadas por científicos ciudadanos que están disponibles públicamente a través de iNaturalist y la Red Nacional de Fenología.
Después de hacer los cálculos, su intuición se confirmó. Con la incorporación de la velocidad de calentamiento, sus predicciones coincidieron con precisión con los patrones de sus datos.
También proporcionó una explicación para los patrones que hasta entonces habían resultado intratables, como el de las plantas que florecen más tarde que las que florecen más temprano. Aunque generalmente florecen tarde, una azalea rosa en una zona donde las temperaturas primaverales aumentan rápidamente puede terminar produciendo flores antes que un arce que crece en una zona donde las temperaturas suben más lentamente.
«La mayor precisión a la hora de predecir los ciclos dentro de los ecosistemas puede dar a los conservacionistas una ventaja a la hora de planificar el futuro. A medida que las temperaturas globales siguen aumentando debido al cambio climático, las especies no solo cambian el momento en que hacen cosas, sino que también las hacen en diferentes lugares a medida que se modifica su distribución», afirmó Guralnick.
«Siempre he sido escéptico sobre si seremos capaces de predecir cómo será el mundo en el futuro cercano, pero creo que estamos mejorando en eso a medida que adoptamos una visión más holística y a medida que logramos definir los procesos subyacentes. Hacerlo nos ayuda a gestionar la diversidad que nos queda».
Más información: Robert Guralnick et al., La respuesta fenológica al cambio climático depende de la velocidad del calentamiento primaveral, Communications Earth & Environment (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01807-8
