Fermi se hace biólogo: la nunca concluyente estimación del número de especies


ResearchBlogging.orgEl físico Enrico Fermi era conocido por su facilidad para calcular cifras y datos que a primera vista hubiesen resultado imposibles en ausencia de un buen montón de datos y de un nada desdeñable tiempo de cálculo. Suele decirse que esta fama le vino especialmente por aquella ocasión en la que calculó la potencia de una bomba atómica dejando caer unos papelillos durante la explosión y fijándose en cuánto se desplazaban éstos (dejando claro que además de bueno con las estimaciones los tenía muy bien puestos). Como sabréis, el truco reside no tanto en la exactitud del resultado como en la capacidad de ofrecer una respuesta que se aproxime medianamente a la cifra real, al menos en orden de magnitud. Ciertamente, conocer los céntimos sueltos que indica el precio de un cómic, unos pantalones o un vinilo es muy poco relevante comparado con saber si eso de ahí es un uno de verdad y resulta que la broma son 130.95 y estamos intentando mear fuera del tiesto…

Bajo el nombre de “estimaciones de Fermi” o “problemas de Fermi” encontraréis muchos desafíos ingeniosos que nos permitirán de forma rápida obtener respuestas a preguntas aparentemente irresolubles sin un enunciado más completo, como cuántos afinadores de piano hay en Chicago, cuánto pesa un cachalote de 20 metros o cuántas personas hay en todo el mundo metiéndose el dedo en la nariz en este preciso instante. (Y si no, al menos podréis detectar respuestas escandalosamente altas o bajas).

Los usos de estas estimaciones son muchos y diversos en cualquier campo de la ciencia. Sin embargo, hay una pregunta típica de la biología que se resiste a dar una respuesta concluyente incluso con imaginativas estimaciones fermianas: ¿Cuántas especies distintas existen en este momento en el mundo? La única respuesta verdaderamente sincera es que no tenemos ni puñetera idea. Ni zorra, oiga. No tener una respuesta concreta tampoco es motivo de vergüenza, pero que las distintas estimaciones que se han realizado ni siquiera sean capaces de ponerse de acuerdo en el orden de magnitud sí que es algo curioso y digno de mención.

Si escogemos un biólogo al azar, perfectamente esférico, probablemente nos responda la frase de manual: “se estima que en la Tierra hay entre 3 y 30 millones de especies o más” (me encanta el “o más”), que es como no decir nada, e incluso hay audaces investigadores por ahí pululando que, como veremos, se atreven a elevar a unos escalofriantes 100 millones las especies presentes en este planeta. Ahí es nada. Dos órdenes de magnitud de intervalo. ¿Cómo se os queda el cuerpo?

Claro que el problema comienza por no saber ni siquiera cuántas especies hay, no ya totales, sino al menos “conocidas” para la ciencia (es decir, que cuenten al menos con un par de palabrejas latinas nombrándolas y una somera descripción en alguna publicación científica). Al no haber una base de datos centralizada de este conocimiento (aunque cada vez crecen con más profusión bases parciales, mejor o peor hechas) tampoco se puede dar una respuesta correcta a esta pregunta, pero para resumir y no hacer de esto una agonía diremos que 1.2 millones (May 2010). A destacar, por si acaso alguien todavía no lo sabe, que la gran, la inmensa, inmensa mayoría artrópodos (mayormente, escarabajos).

Sólo a modo de recordatorio para el caso de los animales: los mamíferos no sois nadie

¿De dónde salen, por lo tanto, las estimaciones tan dispares? Todas ellas son, debido a la imposibilidad de conocer el número total y a la ausencia de datos completos, estimaciones de Fermi muy, muy imaginativas. Por ejemplo, una muy conocida corresponde al entomólogo Terry Erwin que extrapoló los resultados de su investigación sobre insectos especialistas de una especie de árbol de la selva amazónica a todos los árboles conocidos de este ecosistema obteniendo una cifra de 30 millones de especies de insectos (ignorando por irrelevantes en el monto final, el resto de linajes animales y todo lo que se cociera fuera del ecuador).

¿Todo esto a qué viene? Hace apenas unos días salía publicado un artículo de Camilo Mora y colaboradores (2011): How Many Species Are There on Earth and in the Ocean? donde se realiza la enésima estimación sobre esta cifra escurridiza y que ha sido recibido con todo tipo de reacciones por parte del respetable. Como sólo la osadía de intentar dar una solución de Fermi a esta cuestión ya es un ejercicio de audacia, atrevimiento e imaginación, vamos a tomarnos la molestia de intentar entender cuál ha sido el razonamiento escogido, así como algunas de las críticas más razonables que se han hecho al atículo y después podremos opinar si esta estimación será “la güena” o si por el contrario se trata de uno más de los muchos castillos en el aire y cuentos de la lechera que existen sobre la preguntita de marras.

El método escogido está estrechamente relacionado con las llamadas curvas de acumulación, una imagen habitual entre quienes realizan muestreos de campo pero que resulta muy intuitiva incluso aunque no hayáis tenido ninguna experiencia de este tipo. Si os encargan que encontréis todas las plantas diferentes de una pradera y que representéis esta diversidad en función del “esfuerzo” realizado, obtendríais algo como esto.

En el eje vertical se representa el número de especies, y en el horizontal el esfuerzo de muestreo (en este caso, valorado como área prospectada, aunque podría hacerse con tiempo o número de sondeos… etc). Lógicamente, al principio todo será muy fácil: casi cada planta que encontremos será nueva e inmediatamente la incorporaremos a la lista. Prácticamente sin movernos ya tendremos un buen puñado. Sin embargo, unas plantas son más raras que otras y muchas de ellas sólo las encontraremos, por ser escasas, tras un paseo más o menos largo. Conforme continuemos el muestreo, encontrar una planta nueva para la lista será más y más difícil. El perfil de los gráficos que podríamos obtener en casi cualquier tipo de muestreo sería equivalente, y fácilmente asimilable a una función que se acerca, pero nunca llega, al valor de especies totales del lugar (que sería la asíntota de la función). Como curiosidad, sabed que cuando se hacen muestreos reales y se modeliza esta curva de acumulación, lo que importa no es llegar al tope de especies del área, sino llegar a un punto significativamente cercano a la asíntota.

¿Y qué es lo que han hecho los autores del artículo? Pues se han dedicado a construir algo así como las curvas de acumulación de los distintos rangos taxonómicos linneanos (phylum, clase, orden, familia, género y especie), asimilando en el eje de abscisas el tiempo transcurrido desde las obras linneanas como medida del esfuerzo de “muestreo”.

Curvas de acumulación de los rangos linneanos según Mora et al. 2011

Lógicamente, hay muchos menos phyla que cualquier otra categoría taxonómica, y aunque aún es posible que se descubra alguno nuevo (el último, si no me falla la memoria, fue en 1995), la propia forma de la curva (A) nos revela que la asíntota debe andar cerca. Las subsiguientes categorías muestran de forma progresiva un mayor desconocimiento (la curva cada vez está “menos plana” hacia el final: B-E), y finalmente, en el caso de las especies (F), da la sensación de que aún queda un largo tramo ascendente a la gráfica. Combinando distintos modelos, estimaron el valor de la asíntota para cada uno de los rangos taxonómicos, y finalmente correlacionaron estos valores entre sí para proyectar dónde debería encontrarse la asíntota para el rango “especie” (G). De esta forma obtuvieron su resultado: en la Tierra deben existir unos 8.7 millones de especies (el 86% de las cuales serían aún desconocidas para la ciencia). Ingenioso, ¿verdad? No hay que pasar por alto el arduo trabajo de meta-análisis que ha debido llevarles hasta disponer de la serie temporal de datos taxonómicos medianamente fiables, así como el esfuerzo que han hecho para incorporar los organismos marinos (el 91% de los cuales serían aún desconocidos).

Bien, acabadas las palmaditas en la espalda, llegan las críticas. ¿Qué problemas evidentes hay con la estimación que proponen los autores? Muchas de ellas se comentan en el propio artículo, como la duda razonable de si las bases de datos empleadas son suficientemente completas, si se puede considerar que el “esfuerzo taxonómico” es constante a lo largo de la historia, si se pueden comparar alegremente rangos taxonómicos que son intrínsecamente arbitrarios, e incluso el omnipresente problema de la dificultad de definir qué es una especie. En este sentido los autores son gente honesta, que reconocen las muchas limitaciones de su trabajo, pero que como haría Fermi, sacrifican la exactitud del resultado por la posibilidad de obtener una aproximación suficientemente buena.

Sin embargo, la crítica más interesante se la he leído a John Wilkins en su muy recomendable blog (Wilkins es, además de historiador y filósofo de la biología, autor de dos libros sobre el concepto de especie, por lo que desde mi punto de vista sabe muy bien de lo que habla). En resumen (y entre otras muchas cosas), Wilkins señala que al partir del supuesto de que las categorías taxonómicas son entidades reales y no arbitrarias, lo que se está estimando no es la biodiversidad desconocida, sino el trabajo de los biólogos a lo largo de la historia. De hecho, las proyecciones por grupos presentadas en el artículo no reflejan un mundo radicalmente diferente al que conocemos hoy: la mayor parte de las especies seguirían siendo puñeteros escarabajos. Como mucho, dice Wilkins, este trabajo representa cuál sería el estado final de la cuestión si todo siguiese como hasta ahora. En ese caso, por cierto, serían aún necesarios 1.200 años de trabajo para más de 300.000 taxónomos hasta describir la última especie de la Tierra, con un coste aproximado de 364.000 millones de dólares. Ahí es nada.

El quid de la cuestión es que muchas de las estimaciones más atrevidas anticipan que grupos que hasta ahora no son especialmente destacables en diversidad son en realidad muchísimo más numerosos de lo que se piensa, y hay quien dice que podrían incluso superar a los insectos, reyes indiscutibles de la biodiversidad (hasta la fecha). Entre los grupos que aspiran en la sombra a arrebatar esa corona de la hipernumerosidad están los hongos y los nemátodos, en ambos casos grupos no especialmente llamativos que no cuentan precisamente con la predilección de una masa entusiasta de jóvenes taxónomos aspirando a la gloria. Pero incluso otros grupos distintos podrían dar la campanada y albergar más diversidad de la esperable. En su reciente charla en el Museo Nacional de ciencias Naturales (a la que tuve la suerte de asistir), el propio Edward O. Wilson insistía en la botánica como una de las ramas más prometedoras en el futuro. ¿Quién sabe?

La cuestión sigue abierta: las aproximaciones son ingeniosas pero los resultados no convencen a todos. ¿Vosotros qué opináis? ¿Estamos simplemente ante una nueva estimación del número de especies de la Tierra o se trata por el contrario de la mejor aproximación hasta la fecha?

Referencias

May RM (2010). Ecology. Tropical arthropod species, more or less? Science (New York, N.Y.), 329 (5987), 41-2 PMID: 20595603

Mora C, Tittensor DP, Adl S, Simpson AG, & Worm B (2011). How many species are there on Earth and in the ocean? PLoS biology, 9 (8) PMID: 21886479

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9 thoughts on “Fermi se hace biólogo: la nunca concluyente estimación del número de especies

  1. Raven 13 septiembre 2011 / 6:40

    Pues digo lo mismo que le dije a mi profesor de ecología cuando me mandó hacer muestreo de unos pinares…. “esto no es ciencia, esto es mentira” Siento al que le duela, bueno no lo siento, es mi opinión… Los sistemas de muestreo tan limitados, las herramientas estadísticas tan aleatorias, la propia definición de especie o ecosistema…. A veces están más cerca de la religión que otra cosa. Te lo tienes que creer y ya está.

    Me pregunto si en ese trabajo contaron bacterias, virus, nematodos, y demás microorganismos…

  2. Radagast 13 septiembre 2011 / 8:42

    Tal vez se deba a que mis profesores de ecología, cuando tocaba hacer muestreos (botánicos, claro) en las prácticas, nos contagiaban un cansancio mental de tres pares de cojones, pero… no sé. Al final siempre nos insistían en que todo lo que habíamos hecho en realidad no reflejaba ni de lejos lo que había.
    Basarse en estudios previos que, ya de inicio, se sabía (honestamente) que eran meras aproximaciones, no me parece a mí que sea un buen método. Bueno, sí para saber cuánto les costó a los anteriores hacer su trabajo, pero no para dar un resultado aceptable. O no más que otros métodos, vaya.
    Yo me quedo con el “o más…” que, pienso yo, refleja muy bien cuánto conocemos.

  3. Dr. Litos 13 septiembre 2011 / 13:35

    Yo no me atrevo a hablar mucho de un tema que desconozco tanto, pero lo que deduzco al leer el post es que el más acertado es sin duda el tal Wilkins: el trabajo es una muy buena aproximación, pero más bien define la experiencia muestreadora, más que la muestra en sí misma. Además de la pega de la definición de especie, hay otro buen capazo de pegas como las técnicas de muestreo, y no sé yo si será algo serio, pero dudo de que se pueda muestrear correctamente algunas zonas del planeta (extremas e inaccesibles) en las que estimar la cantidad de bichos vivientes puede ser demasiado aventurado.

    Pero bueno, como digo, yo tampoco tengo ni idea. Cosas más raras se han estimado!

    Enhorabuena por la re-entrada amigo, veo que la palabra maldita no te ha dejado atontao y has vuelto igual de preciso, ameno e inspirador como siempre. Ale, ahí va la ración de peloteo diario.

  4. ricardo 14 septiembre 2011 / 12:45

    Esta puede ser la explicación de que The Beatles tuvieran tanto éxito (Tienen una buena cohorte de amiguitos)

  5. Copépodo 15 septiembre 2011 / 11:06

    Me imaginaba que vuestras reacciones iban a ir en ese sentido, porque sois de un descreído… :-P

    Ahora en serio, yo también estoy bastante de acuerdo con Wilkins, pero la cuestión es que cualquier intento de aproximarnos al número de especies será una mera estimación de Fermi, y puesto que partiremos de los datos que conocemos (y por lo que parece son sólo una pequeña parte), cualquier aproximación adolecerá del mismo problema. Eso no quita que sea un trabajo ingenioso e interesante.

  6. Rufo 21 septiembre 2011 / 3:23

    Bueno, cuando te has puesto a hablar de curvas de acumulación me he acordado inmediatamente de lo que era intentar completar un álbum de cromos prescindiendo del inevitable trueque: una interminable colección de cromos repetidos donde cada vez era más dificil encontrar uno nuevo, lo que a su vez era cada vez más, un verdadero evento. Establecida la comparación, un concepto muy intuitivo y fácil de entender, hasta me extraña que nunca antes se haya intentado esa aproximación para obtener una estimación del número de especies, asi que si digo, desde mi muy humilde punto de vista, y como alguien tal vez excesivamente aficionado a resolver problemas ‘a lo fermi’, me parece una estimación excelente, a falta de algo mejor.
    Y por cierto, el nuevo aspecto del blog mola un güevo.

  7. Copépodo 21 septiembre 2011 / 20:15

    Muchas gracias Rufo, encantado de estar de vuelta. Creo que la distancia que pones con el problema te ayuda a superar las visiones un tanto cínicas de los biólogos (entre los que me incluyo). La aproximación es claramente insuficiente, pero es imposible que no lo sea, puesto que hacen falta muchos más datos. La cantidad de información manejada es mucha, y creo que el trabajo es meritorio. Los críticos tienen razón, pero oye, menos es nada ¿verdad?

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