Entender los mecanismos y procesos que determinan la manera en que se distribuyen las especies, su dinámica matapoblacional y los patrones de biodiversidad que generan, es uno de los grandes retos para la ecología y de manera particular para la biogeografía y macroecología. No sólo por la falta de información biológica confiable, la demanda de nuevas herramientas matemáticas y estadísticas para el análisis de datos y las limitaciones en la capacidad de cómputo científico, sino también por la creciente necesidad de tener una teoría estructurada de la biodiversidad, cuyos resultados apoyen a la toma de decisiones sobre problemas aplicados, como son: 1) la capacidad de estimar rutas de invasión de especies nocivas para el ecosistema y/o para algún cultivo de interés económico; 2) el diseño de muestreo para detectar la presencia de especies que se encuentran amenazadas o en peligro de extinción; 3) evaluar la calidad de zonas que tienen algún estatus de protección; 4) evaluar los patrones geográficos de biodiversidad de especies prioritarias para la conservación.
Este proyecto de investigación tiene la finalidad de aportar elementos conceptuales que ayuden explicar los patrones de distribución desde un enfoque teórico, así como generar herramientas computacionales para resolver problemas prácticos. Los problemas de investigación que se abordarán son: I) el efecto de mecanismos de interacción biótica en la relación entre la estructura interna del nicho ecológico Grinnelliano y los atributos de adecuación; II) la estimación de la dinámica de dispersión de especies con capacidad de ser vectores de enfermedades que afectan a otras de interés agroecológico, como lo es Xyleborus bispinatus, quien tiene la capacidad de transportar al hongo Raffaelea lauricola, una plaga del aguacate; III) la aplicación de modelos espacialmente explícitos para guiar el diseño de muestreo de sitios donde es factible encontrar a Atlapetes blancae, una especie de ave endémica de Antioquia, Colombia que se creía extinta; IV) evaluar los patrones de biodiversidad de especies de polinizadores en México; V) el diseño de paquetes de R para realizar modelos de nicho tiempo-específicos y modelos basados en elipsoides, los cuales serán utilizados para estimar la distribución potencial de especies como el tepezcuintle. Para cumplir con las metas de investigación, el proyecto contará con la colaboración de especialistas en diversas áreas del conocimiento, desde ecólogos, matemáticos, estadísticos y expertos en cómputo científico. Además, parte del trabajo aplicado a problemas de conservación, se hará en conjunto con personal de la Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad y con académicos de universidades extranjeras, promoviendo así la colaboración interinstitucional. Una parte fundamental de este proyecto será la formación de recursos humanos, donde se impulsará la realización de tesis de licenciatura, maestría y doctorado. Este proyecto representa así, un esfuerzo colaborativo para consolidar a la "Econformática de la Biodiversidad y Macrecología" como líneas de investigación en el Instituto de Ecología.
Este proyecto tiene la finalidad de aportar elementos conceptuales que ayuden explicar los patrones de distribución desde un enfoque teórico-computacional, así como dar conjeturas validadas por observaciones empíricas para el desarrollo de una teoría estructurada de la biodiversidad.
Las contribuciones del proyecto van desde lo que tiene que ver con la investigación, lo tecnológico, la formación de recursos humanos y la colaboración interinstitucional con personal de distintas universidades y de la CONABIO. El proyecto representa un esfuerzo colaborativo para consolidar a la ""Econformática de la Biodiversidad"" como línea de investigación en el Instituto de Ecología. El proyecto se puede agrupar en dos grandes ejes:
El teórico-computacional. Se estudian y desarrollan conjeturas sobre los mecanismos que determinan la distribución de las especies. De manera particular, cómo los mecanismos representados en el diagrama BAM determinan la distribución y abundancia de las especies. Si bien existen avances sobre estos tópicos, la mayoría se centra en el papel del ambiente, para estimar la distribución potencial y otros pocos en el movimiento, por lo que hay mucho campo para la investigación sobre el papel de las interacciones bióticas. Una manera en la que el proyecto puede contribuir a la teoría macroecológica general, es por medio de la comprensión de la relación entre posición en el espacio de nicho y los atributos de adecuación, en donde por medio de modelos matemáticos espacialmente explícitos, se analizará el papel de la dispersión y un mecanismo de defensa de la presa, en la distribución espacial especies que presentan depredación intragremial. Respecto a la parte computacional, se destaca el desarrollo de tres productos de software de código abierto: i) el paquete de R hsi, que será utilizado para realizar modelos de nicho ecológico (MNE) tiempo específicos, los cuales tienen la capacidad de incorporar información ambiental de alta resolución temporal para mejorar las predicciones de los MNE. Pese a que el primer trabajo donde se propuso esta herramienta data del año 2005 (ver Peterson et al. 2005), el software especializado para realizar estos modelos, aún se encuentra en fases de desarrollo; ii) mejora del paquete de R bam para realizar modelos dinámicos de distribución basados en el diagrama BAM, este paquete será el primero que esté completamente basado en esta teoría y será capaz de manejar grandes cantidades de información (matrices de más de 10^9 celdas); iii) desarrollo de la versión 2 de la aplicación web nichetoolbox, la cual es una plataforma para realizar varias de las etapas involucradas en el proceso de modelado de nichos y distribuciones geográficas. La versión 1 de este software, ubicada en un servidor de CONABIO (http://shiny.conabio.gob.mx:3838/nichetoolb2/), cuenta con más de 30,000 usuarios desde 2015. Al ser una aplicación de internet gratuita, se encuentra al alcance de cualquier persona en el mundo.
El aplicado. Aquí se aplican los modelos desarrollados en la parte teórica para estudiar problemas que van desde los de interés para la conservación, hasta los que tienen un impacto en lo económico. Respecto a los problemas de conservación, se encuentra el desarrollo de metodologías basadas en el esquema BAM para buscar registros de especies, con esto, se buscarán registros de la especie Atlapetes blancae, endémica de Antioquia, Colombia. Esta parte del proyecto promoverá la colaboración interinstitucional con académicos de la Universidad de Antioquia e impulsará la formación de recursos humanos, ya que se acordó la codirección de un estudiante de licenciatura en Biología con un académico adscrito a dicha universidad. Una contribución importante, será la aplicación de metodologías de análisis de patrones geográficos de biodiversidad de polinizadores de Norteamérica, la relevancia de estos se sustenta (entre otras cosas) en que permiten la producción de más del 75% de los cultivos alimenticios. Las herramientas de análisis que se desarrollarán en este trabajo se emplearán para ubicar sitios donde la riqueza es alta y hay una proporción elevada de endemismos. Se evaluarán las posibles rutas de entrada del hongo Raffaelea lauricola, una plaga del aguacate que puede ser transportada por el vector Xyleborus bispinatus. Debido a que México es el primer productor de aguacate en el mundo, la llegada de este hongo representa un grave riesgo. Esto último será parte de una tesis de doctorado.