10 de julio de 2021
Biodiversidad a escala mundial: la síntesis continúa
published: 28 June 2021
https://doi.org/10.1002/ajb2.1694
https://bsapubs.onlinelibrary.wiley.com/
Tradicionalmente, la generación y el uso de datos de biodiversidad y sus objetos de especímenes asociados han sido principalmente competencia de individuos y pequeños grupos de investigación. Si bien la deposición de datos y especímenes en herbarios y otros repositorios ha sido durante mucho tiempo la norma, a lo largo de la mayor parte de su historia, estos recursos han sido accesibles solo para una pequeña comunidad de especialistas. A través de los recientes esfuerzos concertados, principalmente a nivel de los organismos gubernamentales nacionales e internacionales en las últimas dos décadas, el ritmo de acumulación de datos sobre la diversidad biológica se ha acelerado, y una gama más amplia de científicos de la diversidad biológica ha obtenido acceso a esta acumulación masiva de recursos, aplicándolos a una brújula cada vez más amplia de actividades de investigación. Revisamos cómo estos nuevos recursos y el creciente acceso a ellos están afectando el panorama de la investigación de la biodiversidad en las plantas hoy en día, centrándose en nuevas aplicaciones a través de la evolución, la ecología y otros campos que han sido habilitados específicamente por la disponibilidad de estos datos y el alcance global que anteriormente estaba fuera del alcance de los investigadores individuales. Damos una visión general de los avances recientes organizados en tres líneas: análisis a gran escala de datos de distribución e información espacial, investigación filogenética que circunscribe grandes clados con muestreo integral de taxones y conjuntos de datos derivados de una mejor accesibilidad de la literatura sobre biodiversidad. También revisamos las sinergias entre los grandes recursos de datos y los paradigmas de recopilación de datos más tradicionales, describimos las deficiencias y cómo superarlas, y reflexionamos sobre el futuro de los análisis de la biodiversidad vegetal a la luz de los crecientes vínculos entre los tipos de datos y los científicos en nuestro campo.
Predecir el futuro conlleva un cierto grado de riesgo. Tanto en la ciencia como en la ciencia ficción, hay una tendencia a sobreestimar el progreso futuro sin poder predecir algunos de los cursos más interesantes de la historia. La literatura sobre biodiversidad ha sido culpable de ambos errores, de sobreestimación y omisión. Después de medio siglo de digitalización de la biodiversidad en las plantas (considerada en el sentido más inclusivo; cf. Gould, 1958; Gurney, 1962; Sharp, 1962; Perring, 1963; Crovello, 1967), y a pesar de todo nuestro avance más allá de las tarjetas perforadas de papel (Fig. 1), no hemos alcanzado la predicción optimista de Keck (1959) de que alrededor del año 2000 la tarea de describir la diversidad de plantas estaría aproximadamente completa, tal vez permitiendo algunas décadas adicionales para los trópicos. La toma de conciencia de la escala de la diversidad vegetal (Govaerts y Govaerts, 2001), de los desafíos para identificarla (Bickford et al., 2007) y de la perspectiva de perderla (Tollefson, 2019) ha anulado parte (pero no todo) de este optimismo. Por otro lado, estamos mucho más cerca de un cumplimiento de esa visión de síntesis e integración de la información de los organismos a través de las ciencias que caracterizó el espíritu de la "biosistéctica" de mediados del siglo 20. Los viejos subcampos están experimentando un resurgimiento del interés (por ejemplo, morfología; Ledford, 2018), los especímenes antiguos están encontrando uso con nuevas aplicaciones (por ejemplo, estudiando las respuestas globales de las plantas al cambio ambiental; Heberling et al., 2019), y el campo ha visto una participación cada vez mayor (tanto en la diversidad actual como en la humana) más allá de los usuarios tradicionales de los recursos de biodiversidad. El péndulo de nuestra nueva ciencia de la biodiversidad vegetal (para tomar prestada una metáfora de Constanza [1964]) ha oscilado en direcciones que no tienen precedentes en un campo distinguido con dos milenios de historia a sus espaldas.
estos desarrollos, quizás el más profundamente transformado por la escala de nuestra nueva infraestructura de biodiversidad digital, es el tema de esta contribución: el alcance de la investigación. Los científicos son capaces de lograr síntesis cada vez más ambiciosas de la información sobre la biodiversidad (Gaston, 2000), y muchos de nuestros lectores habrán visto aparecer rápidamente tales estudios en la última década. Estos estudios han sido posibles sólo a medida que la variedad, el volumen y la accesibilidad de los datos sobre diversidad biológica han aumentado y, podría decirse, son una respuesta en parte a una necesidad cada vez más percibida de que la ciencia y las políticas de la diversidad biológica sean apropiadas para la escala: un gran alcance para los problemas relativos a los sistemas a gran escala y un alcance local para los problemas a gran escala que, sin embargo, pueden tener amplias implicaciones (un examen exhaustivo de la dependencia de la escala en la ciencia y las políticas está fuera del alcance de esta revisión. , pero brevemente: Crawley y Harral, 2001; Chase y Leibold, 2002; Willig et al., 2003; Folke et al., 2005; Du Toit, 2010; Peterson et al., 2015; Chase et al., 2018; Graham et al., 2018). Los repositorios de datos y los enfoques para aprovecharlos han experimentado un crecimiento explosivo que es difícil de pasar por alto. Sugden y Pennisi (2000) lo plantearon bien hace dos décadas: "la bioinformática y la biodiversidad estaban hechas el uno para el otro". Sin embargo, vemos una falta de síntesis bibliográfica que revise lo que esto realmente ha significado para los científicos de plantas: aparte de la "grandeza" de algunos de los conjuntos de datos actuales en nuestra era de "big data", ¿a qué se ha traducido todo este progreso en términos de beneficios tangibles para el campo?
Los lectores pueden preguntar (o de hecho dudar; Donoghue y Edwards, 2014) si hay algún beneficio específico para los grandes recursos de datos en comparación con la recopilación de datos específicos del proyecto (literatura revisada por Folk et al., 2018). El poder estadístico es ciertamente uno de ellos, pero el propósito principal de esta revisión es identificar qué nuevos programas de investigación han sido habilitados por, o qué programas de investigación se basan principalmente en, enfoques orientados a la informática a gran escala en la ciencia de la biodiversidad vegetal. Tomamos la "ciencia de la biodiversidad" (y por extensión "científicos de la biodiversidad") en el sentido más amplio para comprender todas las investigaciones multiespeies que tienen la diversidad de la vida como parte integral de sus objetivos. Tal circunscripción incluye claramente campos como la sistemática, muchas otras formas de investigación evolutiva y gran parte de la ecología, pero también cada vez más, campos que están descubriendo las muchas formas en que los organismos prosperan en entornos únicos y desafiantes, como la genómica y la fisiología. Organizamos la primera parte de esta revisión en torno a tres áreas principales de crecimiento en el campo: (1) enfoques continentales o globales para estudios delimitados espacialmente, (2) enfoques integrales para estudios filogenéticamente delimitados de grandes clados, y (3) aumento de la accesibilidad de los datos de la literatura de biodiversidad. A continuación, abordamos dos áreas adicionales en las que las ideas clásicas están experimentando una renovación a través de aplicaciones de "big data". Por último, ofrecemos algunas palabras de advertencia en el contexto de las deficiencias de estos enfoques y cerramos reflexionando sobre el futuro de los estudios de biodiversidad vegetal en la era del big data.
os estudios del gradiente de diversidad latitudinal, la observación clásica de que la mayoría de los organismos alcanzan su mayor diversidad de especies en los trópicos, son ilustrativos de cómo los grandes conjuntos de datos de biodiversidad están cambiando paradigmas. En lo que es posiblemente el intento más temprano de explicación para la diversidad desproporcionada de los trópicos, Alfred Russell Wallace postuló a finales del siglo 19 que la relativa estabilidad climática de los trópicos permitió más tiempo para que las especies evolucionaran y se acumularan en estas áreas (revisado por Mittelbach et al., 2007; Antonelli y Sanmartín, 2011). Esta explicación temporal resultó controvertida en el siglo siguiente, con docenas de explicaciones alternativas postuladas en su lugar, entre las cuales la hipótesis de que las tasas de especiación o diversificación neta son mayores en los trópicos ha sido ampliamente popular (Mittelbach et al., 2007). Los primeros análisis basados en modelos con un pequeño número de taxones, principalmente utilizando datos de aves y mamíferos, parecían apoyar esta última visión (Ricklefs, 2006; Vertedero y Schluter, 2007). Conjuntos de datos posteriores y generalmente más grandes, así como métodos analíticos mejorados, generalmente han causado una pérdida de apoyo para las explicaciones orientadas a la diversificación del gradiente de diversidad latitudinal (Schluter, 2016; Schluter y Pennell, 2017). Los análisis más recientes, incluso los realizados en los mismos taxones, encontraron poca relación de diversificación latitudinal (Jetz et al., 2012; Schluter y Pennell, 2017) o, y más notablemente, mayor diversificación en regiones templadas o polares (Economo et al., 2018; Rabosky et al., 2018; Sun et al., 2020b). Acentuadamente, cada uno de estos análisis más recientes contiene miles de taxones, y las primeras investigaciones probablemente se vieron parcialmente socavadas en parte por el muestreo limitado de especies (cf. Sun et al., 2020a).
Aparte de las observaciones directas de organismos y los objetos de especímenes físicos, la literatura sobre biodiversidad es una parte integral y (argumentamos) subutilizada de la ciencia de la biodiversidad. A diferencia y complementarios de especímenes y observaciones, los datos de la literatura taxonómica representan registros de organismos que se agregan a unidades taxonómicas de nivel superior como especies o géneros y, como tales, representan las hipótesis taxonómicas, morfológicas y geográficas de los expertos en dominios (Folk et al., 2018). Al igual que los mapas de rango de especies, que representan determinaciones expertas de ocurrencias de especies, los rasgos derivados de la literatura sobre biodiversidad son gruesos en escala, pero a menudo con una investigación de mayor calidad de las mediciones, localidades e identificaciones que los datos a nivel individual derivados de muchos especímenes y observaciones. Las fuentes primarias de la literatura sobre biodiversidad en las plantas han sido generalmente las principales floras, descripciones de especies y literatura monográfica (Cui, 2012; Hamann et al., 2014; Endara et al., 2018), que contienen una amplia gama de rasgos morfológicos vegetativos y reproductivos, información taxonómica y geográfica, hábitat y otros descriptores.