Los investigadores desarrollan una "máquina del tiempo para la biodiversidad"
La IA muestra el declive de las especies en un lago de baño
Un modelo de inteligencia artificial desarrollado por un equipo de científicos de la Universidad Goethe de Fráncfort y la Universidad de Birmingham, dirigido por Niamh Eastwood y la profesora Luisa Orsini, muestra cómo la contaminación del agua, los fenómenos meteorológicos extremos y el aumento de las temperaturas pueden cambiar y dañar irreversiblemente el ecosistema de un lago de agua dulce a lo largo de muchas décadas. El modelo utiliza datos meteorológicos y climáticos, así como datos extraídos de un núcleo de sedimentos extraído del lago, y en el futuro podría utilizarse para predecir cómo reaccionan los ecosistemas ante cambios ambientales complejos. Así, podría servir de "máquina del tiempo para la biodiversidad", por así decirlo, explicando procesos pasados y señalando al mismo tiempo futuros peligros ecológicos.
Los sedimentos de lagos y ríos son la memoria a largo plazo de las masas de agua: En ellos se depositan, capa a capa, partículas y sustancias minerales, orgánicas y químicas a lo largo del tiempo. Utilizando un núcleo de sedimentos del "Ring Lake", situado cerca de la ciudad de Braedstrup (Dinamarca), el equipo de científicos alemanes y británicos analizó los residuos de ADN de plantas, animales y bacterias, así como toxinas ambientales como pesticidas o herbicidas que han entrado en el lago a lo largo del tiempo y se han depositado en los sedimentos. Esto les permitió reconstruir los cambios que se han producido en la comunidad ecológica del lago, así como la contaminación causada por nitratos y biocidas, por ejemplo, en los últimos 100 años.
"El objeto de nuestra investigación, el 'Lago del Anillo' en Dinamarca, es una masa de agua que apenas estaba contaminada a principios del siglo XX. Sin embargo, a lo largo del siglo, el lago estuvo expuesto a una contaminación ambiental considerable. En los últimos años del siglo XX, la calidad del agua mejoró notablemente", explica el profesor Henner Hollert, toxicólogo medioambiental de la Universidad Goethe de Frankfurt, Fraunhofer IME y el Centro LOEWE TBG de Genómica Traslacional de la Biodiversidad. Junto con su estratificación sedimentaria inalterada, que hace visibles los años de forma similar a la de los anillos anuales de un tronco de árbol, esto hizo del lago un tema de investigación tan interesante".
El equipo científico procedió a relacionar los datos de análisis del núcleo de perforación con los registros climáticos, centrándose en particular en las temperaturas extremas y los niveles de precipitación. Utilizando inteligencia artificial, desarrollaron un modelo que explica la influencia de los cambios ambientales en la composición de la comunidad de agua dulce y los resuelve en términos de tiempo y espacio. Su conclusión: El 90% de los cambios en la biodiversidad funcional del lago Ring se debieron a la introducción de insecticidas y fungicidas junto con fenómenos extremos de temperatura y precipitaciones.
Aunque la actividad agrícola en las proximidades disminuyó a finales de siglo, lo que mejoró la calidad del agua, el equipo germano-británico de científicos descubrió que esto no restablecía el estado ecológico original del lago.
Henner Hollert: "Hemos podido demostrar que la pérdida de biodiversidad en un ecosistema no es completamente reversible: La biocenosis ya no funciona como antes, pues faltan especies que prestaban determinados servicios dentro del ecosistema. Ahora pondremos a prueba nuestro sistema de IA -al que llamamos "máquina del tiempo para la biodiversidad"- en otros lagos, como parte de un proyecto interdisciplinar de la Fundación Alemana de Investigación (DFG) sobre la interacción entre el ser humano y el medio ambiente a finales de la Edad Media. Nuestros socios en este último proyecto son la Universidad Técnica de Darmstadt, el Centro Helmholtz de Potsdam - Centro Alemán de Investigación en Geociencias GFZ, el Servicio Estatal de Protección y Gestión del Patrimonio de Baden-Wuerttemberg y las Universidades de Tubinga y Braunschweig. Las lecciones del pasado pueden ayudarnos de cara al futuro: Nuestro objetivo es proporcionar a las autoridades un sistema de alerta que pueda evaluar en una fase temprana los acontecimientos que supongan una amenaza ecológica, permitiendo así tomar contramedidas, por ejemplo restringir el uso de determinados biocidas en las proximidades de un ecotopo".
La ecotoxicóloga Luisa Orsini, titular de la cátedra Hückmann en la Universidad Goethe de Fráncfort y miembro de la red de excelencia RobustNature, subraya las ventajas del nuevo método basado en IA: "Los análisis de alto rendimiento que utilizamos nos permiten observar la totalidad de los organismos vivos de un ecosistema y relacionarlos con su entorno. Con esto en la mano, podemos evaluar las tendencias a largo plazo en el desarrollo de un ecosistema mucho mejor que con los métodos de seguimiento anteriores, que sólo se centran en una o unas pocas especies, e identificar los factores con mayor impacto en la biodiversidad."
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Publicación original
Niamh Eastwood, Jiarui Zhou, Romain Derelle, Mohamed Abou-Elwafa Abdallah, William A Stubbings, Yunlu Jia, Sarah E Crawford, Thomas A Davidson, John K Colbourne, Simon Creer, Holly Bik, Henner Hollert, Luisa Orsini; "100 years of anthropogenic impact causes changes in freshwater functional biodiversity"; eLife, Volume 12, 2023-11-7
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