Suelos y Vegetación de las Montañas en el Mundo: ¿Por qué su diversidad y edafodiversidad es tal elevada

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Catenas de montaña del Chimborazo y Teide: Fuente: Imágenes Google

En septiembre de 2019 recibí una Noticia científica que llevaba el sugestivo título de “La Vida en las Montañas del Planeta” (Mountains of life across Planet Earth). Empero cuando lo leí me quedé boquiabierto, y no precisamente por su novedad. Al buscar el artículo original me percaté que era un número especial en honor de uno de mis ídolos, Alexander von Humboldt, quien descubrió por primera vez los pisos de vegetación de las montañas y su maravillosa diversidad escalonada. También fue determinante en la conceptualización de los gradientes latitudinales.  Según las fuentes, la imagen de concatenación en altura de los pisos de vegetación se le ocurrió visitando las islas Canarias en España, o ese imponente Chimborazo, en los andes ecuatorianos. (viajaba en una expedición del antiguo Imperio Español).  De ahí que en la imagen de presentación de esta entradilla muestre los dos. Empero en realidad la nota de prensa versaba sobre  varios trabajos dedicados a von Humboldt, mientras que la nota de prensa “debe” dar cuenta de todos ellos.

 Y este material publicado en una de las revistas más importantes del mundo, en mi opinión deja bastante que desear. Gracias a von Humboldt, sabemos que la diversidad de la vida y de los suelos es mucho mayor en las montañosas que en las zonas bajas circundantes. Se han debatido mucho las razones, varias de las cuales son obvias y otras descabelladas. Ninguno de los tres artículo que revisé aportaba nada de sustancia, debatir por enésima vez lo que sabemos y lo que seguimos sin saber. Por lo tanto sorprende leer frases como esta: Otra explicación de la riqueza de las montañas, dice el estudio, puede estar en la interacción entre geología y biología. Los científicos informan de un hallazgo novedoso y sorprendente: la gran diversidad se encuentra en la mayoría de las montañas tropicales estrechamente ligadas a la geología del lecho rocoso”. En fin mejor me callo. ¿Novedoso y sorprendente?: tan solo para los más ignorantes sobre estos asuntos.

 Al subir desde la base de una montaña (zona baja, llanura) hasta las cimas van sustituyéndose unos ecosistemas por otros, al disminuir las temperaturas y por lo general aumentar las precipitaciones, por lo que al proyectar estas áreas “planimetricamente” se observa que en espacios geográficos pequeños se acumula una gran cantidad de especies. De hecho existe una relación entre cliseries altitudinales y gradientes latitudinales. En cualquier caso, los autores patéticamente se sorprenden de estos puntos calientes de biodiversidad, cuando su asombro debiera haber sido que no fuera así. Conceptos como: Catena altitudinal, Cliserie altitudinal, Pisos altitudinales y pisos de vegetación, toposecuencias en laderas montañosas, son ideas por las que podéis seguir tirando del hilo e informaros mejor.  Es sencillo, debatir, punto por punto, la nota de prensa y los resúmenes de los trabajos traducidos que dejo abajo, aunque muchas aseveraciones sean ciertas, también son sobradamente conocidas. Sin embargo tal análisis daría lugar a una novela, que no a un post.

 Personalmente me ha sorprendido muchísimo de que no se mente nada de los suelos y la edafodiversidad en las mismas condiciones. Lo cual implica que no se han informado debidamente, por cuanto apelar a ejemplos de las rocas, como en el párrafo que he incluido en la entradilla, y dejar al margen los edafotaxa no deja de ser más que un craso error. ¡Gravísimo!. Me explico.

 Existen numerosos trabajos sobre el tema, aunque al hablar de edafodiversidad bastará con citar algunos de los míos, aunque hay más, y también de otros autores. Si ustedes analizan los siguientes, sin exponer una lista exhaustiva de todo lo que publicado: (I) Pedodiversity and global soil patterns at coarse scales (with discussion); (ii) Soil geography and diversity of the European biogeographical regions; (iii) Global Relationships of Pedodiversity and Biodiversity; (iv) Pedodiversity deserves attention in plant biodiversity research, observará que, a nivel planetario, la mayor edafodiversidad se produce en las regiones montañosas, mientras que en Europa ocurre lo mismo. Sin embargo el patrón es de naturaleza casi fractal, ya que también se detecta tal relación e nivel regional.  Dicho de otro modo, no ocurre tan solo en el mundo biótico, sino abiótico. Del mismo modo, se ha demostrado que biodiversidad, edafodiversidad, diversidad del modelado, y diversidad climática, son las principales fuerzas que determinan la biodiversidad estando generalmente todas ellas correlacionadas. Y resulta palmario que, por término general, en la montaña se ofrezca mayor variedad de todas ellas que en las extensas llanuras que las rodean, cuyos climas, formas del relieve, suelos y geomorfología suelen ser más homogéneos.  Obviamente, un cambio climático puede producir, otros correspondientes en la zonación de los pisos bioclimáticos, permitiendo que las especies asciendan o desciendan en altitud (dependiendo de las modificaciones en los regímenes de precipitación y temperatura). No debe soslayarse que tampoco la zonación e incluso que algunos ecosistemas cambien entre las orientaciones de las diferentes laderas montañosas (efecto de pantalla), lo cual es otro factor que incrementa la heterogeneidad. Y finalmente nadie duda de que la especiación, en estos ambientes y por las causas aludidas sea muy elevada. Resumiendo, ninguno de los tres artículos ofrece nada especialmente relevante. “viejo vino en nuevas botellas”. Todo esto ya se sabía desde hace muchísimas décadas.

 Sobre estos temas, ya al comienzo de la andadura de nuestro blog en 2005, editamos 14 posts sobre el tema, abundando acerca del mismo desde entonces en varias ocasiones. Todo este material está incluido en nuestra Categoría: Diversidad, Complejidad y Fractales’. E este documento, también encontraréis detalles e ideas de interés sobre este mentado asunto: “El paisaje mediterráneo a través del espacio y del tiempo : implicaciones en la desertificación”.

 Eso sí, algo suele pasarse siempre por alto en este tipo de análisis, y estriba en la  maldita Planimetroifilia (página 26; de la revista Biólogos). Un espacio montañoso es mucho más rugoso que uno llano, por lo que su proyección en el plano euclidiano (léase mapa) subestima considerablemente el área que realmente abarca. Os dejo pues ya con el abundante material aludido.

 Juan José Ibáñez

 Continúa…..

Una versión en Español- Castellano mejor redactada, aunque no se si completa puede encontrase también aquí, por ejemplo: Las montañas, clave de la biodiversidad.

 Mountains of life across Planet Earth

by Staff Writers; Copenhagen, Denmark (SPX) Sep 23, 2019

Life on Earth is amazingly diverse, and exhibits striking geographical global patterns in biodiversity. A pair of companion papers published Sept. 13 in Science reveal that mountain regions – especially those in the tropics – are hotspots of extraordinary and baffling richness. Although mountain regions cover only 25% of Earth’s land area, they are home to more than 85% of the world’s species of amphibians, birds, and mammals, and many of these are found only in mountains.

What determines global patterns of biodiversity has been a puzzle for scientists since the days of von Humboldt, Darwin, and Wallace. Yet, despite two centuries of research, this question remains unanswered. The global pattern of mountain biodiversity, and the extraordinarily high richness in tropical mountains in particular, is documented in two companion Science review papers this week. The papers focus on the fact that the high level of biodiversity found on mountains is far beyond what would be expected from prevailing hypotheses.

“The challenge is that, although it is evident that much of the global variation in biodiversity is so clearly driven by the extraordinary richness of tropical mountain regions, it is this very richness that current biodiversity models, based on contemporary climate, cannot explain: mountains are simply too rich in species, and we are falling short of explaining global hotspots of biodiversity,” says Professor Carsten Rahbek, lead author of both review papers published in Science.

Montañas de la vida en todo el planeta Tierra

Copenhague, Dinamarca (SPX) 23 de septiembre de 2019

La vida en la Tierra es increíblemente diversa y exhibe sorprendentes patrones geográficos globales en biodiversidad. Un par de artículos complementarios publicados el 13 de septiembre en Science revelan que las regiones montañosas, especialmente aquellas en los trópicos, son puntos críticos de riqueza extraordinaria y desconcertante. Aunque las regiones montañosas cubren solo el 25% de la superficie terrestre de la Tierra, albergan más del 85% de las especies de anfibios, aves y mamíferos del mundo, y muchas de ellas se encuentran solo en las montañas.

Lo que determina los patrones globales de biodiversidad ha sido un enigma para los científicos desde los días de von Humboldt, Darwin y Wallace. Sin embargo, a pesar de dos siglos de investigación, esta pregunta sigue sin respuesta. El patrón global de la biodiversidad de las montañas, y la riqueza extraordinariamente alta de las montañas tropicales en particular, está documentada en dos documentos de revisión de Science de esta semana. Los documentos se centran en el hecho de que el alto nivel de biodiversidad que se encuentra en las montañas está mucho más allá de lo que cabría esperar de las hipótesis predominantes.

“El desafío es que, aunque es evidente que gran parte de la variación global en la biodiversidad está tan claramente impulsada por la extraordinaria riqueza de las regiones montañosas tropicales, es esta misma riqueza que los modelos actuales de biodiversidad, basados en el clima contemporáneo, no pueden explicar: las montañas simplemente son demasiado ricas en especies y no estamos explicando los puntos críticos mundiales de biodiversidad “, dice el profesor Carsten Rahbek, autor principal de los dos artículos de revisión publicados en Science.

To confront the question of why mountains are so biologically diverse, scientists at the Center for Macroecology, Evolution and Climate (CMEC) at the GLOBE Institute of the University of Copenhagen work to synthesize understanding and data from the disparate fields of macroecology, evolutionary biology, earth sciences, and geology. The CMEC scientists are joined by individual collaborators from Oxford University, Kew Gardens, and University of Connecticut.

Part of the answer, these studies find, lies in understanding that the climate of rugged tropical mountain regions is fundamentally different in complexity and diversity compared to adjacent lowland regions. Uniquely heterogeneous mountain climates likely play a key role in generating and maintaining high diversity.

“People often think of mountain climates as bleak and harsh,” says study co-leader Michael K. Borregaard. “But the most species-rich mountain region in the world, the Northern Andes, captures, for example, roughly half of the world’s climate types in a relatively small regionmuch more than is captured in nearby Amazon, a region that is more than 12 times larger”.

Stressing another unique feature of mountain climate, Michael explains, “Tropical mountains, based in fertile and wet equatorial lowlands and extending into climatic conditions superficially similar to those found in the Arctic, span a gradient of annual mean temperatures over just a few km as large as that found over 10,000 km from the tropical lowlands at Equator to the arctic regions at the poles. It’s pretty amazing if you think about it”.

Another part of the explanation of the high biodiversity of certain mountains is linked to the geological dynamics of mountain building. These geological processes, interacting with complex climate changes through time, provide ample opportunities for evolutionary processes to act.

Para enfrentarse a  la pregunta de por qué las montañas son tan biológicamente diversas, los científicos del Centro de Macroecología, Evolución y Clima (CMEC) del Instituto GLOBE de la Universidad de Copenhague trabajan para sintetizar la comprensión y los datos de los campos dispares de la macroecología, la biología evolutiva, ciencias de la tierra y geología. A los científicos de CMEC se unen colaboradores individuales de la Universidad de Oxford, Kew Gardens y la Universidad de Connecticut.

Parte de la respuesta, según estos estudios, radica en comprender que el clima de las regiones montañosas tropicales escarpadas es fundamentalmente diferente en complejidad y diversidad en comparación con las regiones adyacentes de tierras bajas. Los climas de montaña excepcionalmente heterogéneos probablemente juegan un papel clave en la generación y el mantenimiento de una gran diversidad.

“La gente suele pensar en los climas de montaña como sombríos y duros”, dice el co-líder del estudio Michael K. Borregaard. “Pero la región montañosa más rica en especies del mundo, los Andes del Norte, captura, por ejemplo, aproximadamente la mitad de los tipos de clima del mundo en una región relativamente pequeña, mucho más de lo que se captura en la cercana Amazonía, una región que es más que 12 veces más grande “.

Al enfatizar otra característica única del clima de montaña, Michael explica: “Las montañas tropicales, basadas en tierras bajas ecuatoriales fértiles y húmedas y que se extienden a condiciones climáticas superficialmente similares a las que se encuentran en el Ártico, abarcan un gradiente de temperaturas medias anuales en unos pocos kilómetros de largo. ya que eso se encontró a más de 10,000 km desde las tierras bajas tropicales en el Ecuador hasta las regiones árticas en los polos. Es bastante sorprendente si lo piensas “.

Otra parte de la explicación de la alta biodiversidad de ciertas montañas está relacionada con la dinámica geológica de la construcción de montañas. Estos procesos geológicos, que interactúan con los cambios climáticos complejos a través del tiempo, brindan amplias oportunidades para que los procesos evolutivos actúen.

The global pattern of biodiversity shows that mountain biodiversity exhibits a visible signature of past evolutionary processes. Mountains, with their uniquely complex environments and geology, have allowed the continued persistence of ancient species deeply rooted in the tree of life, as well as being cradles where new species have arisen at a much higher rate than in lowland areas, even in areas as amazingly biodiverse as the Amazonian rainforest,” says Professor Carsten Rahbek.

From ocean crust, volcanism and bedrock to mountain biodiversity
Another explanation of mountain richness, says the study, may lie in the interaction between geology and biology. The scientists report a novel and surprising finding: the high diversity is in most tropical mountains tightly linked to bedrock geology – especially mountain regions with obducted, ancient oceanic crust.

To explain this relationship between geology and biodiversity, the scientists propose, as a working hypothesis, that mountains in the tropics with soil originating from oceanic bedrock provide exceptional environmental conditions that drive localized adaptive change in plants. Special adaptations that allow plants to tolerate these unusual soils, in turn, may drive speciation cascades (the speciation of one group leading to speciation in other groups), all the way to animals, and ultimately contribute to the shape of global patterns of biodiversity.

El patrón global de biodiversidad muestra que la biodiversidad de las montañas exhibe una firma visible de procesos evolutivos pasados. Las montañas, con sus entornos y geología particularmente complejos, han permitido la persistencia continua de especies antiguas profundamente arraigadas en el árbol de la vida, además de ser cunas donde han surgido nuevas especies a un ritmo mucho mayor que en las zonas bajas, incluso en áreas tan sorprendentementes por su biodiversidad como la selva amazónica “, dice el profesor Carsten Rahbek.

Desde la corteza oceánica, el vulcanismo y la roca madre hasta la biodiversidad de las montañas.

Otra explicación de la riqueza de las montañas, dice el estudio, puede estar en la interacción entre geología y biología. Los científicos informan un hallazgo novedoso y sorprendente: la gran diversidad se encuentra en la mayoría de las montañas tropicales estrechamente ligadas a la geología del lecho rocoso, especialmente en las regiones montañosas con corteza oceánica antigua y obstruida.

Para explicar esta relación entre geología y biodiversidad, los científicos proponen, como hipótesis de trabajo, que las montañas en los trópicos con suelo que se origina en el lecho rocoso oceánico proporcionan condiciones ambientales excepcionales que impulsan el cambio adaptativo localizado en las plantas. Las adaptaciones especiales que permiten a las plantas tolerar estos suelos inusuales, a su vez, pueden impulsar las cascadas de especiación (la especiación de un grupo que conduce a la especiación en otros grupos), hasta los animales, y finalmente contribuir a la forma de los patrones globales de biodiversidad.

The legacy of von Humboldt – his 250th anniversary
The two papers are part of Science’s celebration of Alexander von Humboldt’s 250th birth anniversary. In 1799, Alexander von Humboldt set sail on a 5-year, 8000-km voyage of scientific discovery through Latin America. His journey through the Andes Mountains, captured by his famous vegetation zonation figure featuring Mount Chimborazo, canonized the place of mountains in understanding Earth’s biodiversity.

Acknowledging von Humboldt’s contribution to our understanding of the living world, Professor Carsten Rahbek, one of the founding scientists of the newly established interdisciplinary GLOBE Institute at the University of Copenhagen says:

Our papers in Science are a testimony to the work of von Humboldt, which truly revolutionized our thinking about the processes that determine the distribution of life. Our work today stands on the shoulders of his work, done centuries ago, and follows his approach of integrating data and knowledge of different scientific disciplines into a more holistic understanding of the natural world. It is our small contribution of respect to the legacy of von Humboldt.”

El legado de von Humboldt: su 250 aniversario

Los dos documentos son parte de la celebración de Science del 250 aniversario del nacimiento de Alexander von Humboldt. En 1799, Alexander von Humboldt zarpó en un viaje de descubrimiento científico de 5 años y 8000 km a través de América Latina. Su viaje a través de la Cordillera de los Andes, capturado por su famosa figura de zonificación de vegetación con el Monte Chimborazo, canonizó el lugar de las montañas para comprender la biodiversidad de la Tierra.

Reconociendo la contribución de von Humboldt a nuestra comprensión del mundo viviente, el profesor Carsten Rahbek, uno de los científicos fundadores del recién establecido Instituto Interdisciplinario GLOBE de la Universidad de Copenhague, dice:

“Nuestros documentos en Science son un testimonio del trabajo de von Humboldt, que realmente revolucionó nuestro pensamiento sobre los procesos que determinan la distribución de la vida. Nuestro trabajo hoy se apoya en su trabajo, realizado hace siglos, y sigue su enfoque de integrar datos y conocimientos de diferentes disciplinas científicas en una comprensión más holística del mundo natural. Es nuestra pequeña contribución de respeto al legado de von Humboldt

Research paper

Humboldt’s enigma: What causes global patterns of mountain biodiversity?

Resumen traducido
Las montañas contribuyen de manera desproporcionada a la biodiversidad terrestre de la Tierra, especialmente en los trópicos, donde albergan puntos críticos de riqueza extraordinaria y desconcertante. Con aproximadamente el 25% de toda la superficie terrestre, las regiones montañosas albergan más del 85% de las especies de anfibios, aves y mamíferos del mundo, muchas de ellas completamente restringidas a las montañas. La biodiversidad varía notablemente entre estas regiones. Junto con la riqueza extrema de especies de algunas montañas tropicales, esta variación ha resultado difícil de explicar bajo las hipótesis climáticas tradicionales. Sin embargo, las características climáticas complejas de las regiones montañosas escarpadas difieren fundamentalmente de las de las regiones de tierras bajas, probablemente desempeñando un papel clave en la generación y el mantenimiento de la diversidad. Con los continuos cambios globales en el clima y el uso de la tierra, el papel de las montañas como refugios para la biodiversidad puede verse amenazado.

Building mountain biodiversity: Geological and evolutionary processes

Resumen en español del artículo original

Las regiones montañosas son inusualmente biodiversas, con ricas agregaciones de especies de rango pequeño que forman centros de endemismo. Las montañas desempeñan una variedad de papeles para la biodiversidad de la Tierra y afectan las tierras bajas vecinas a través del intercambio biótico, los cambios en el clima regional y la escorrentía de nutrientes. La alta biodiversidad de ciertas montañas refleja la interacción de múltiples mecanismos evolutivos: tasas de especiación mejoradas con distintas oportunidades de coexistencia y persistencia de linajes, moldeadas por cambios climáticos a largo plazo que interactúan con paisajes topográficamente dinámicos. La alta diversidad en la mayoría de las montañas tropicales está estrechamente vinculada a la geología del lecho rocoso, en particular, las áreas que comprenden litologías máficas y ultramáficas, tipos de rocas ricas en magnesio y pobres en fosfato que presentan requisitos especiales para la fisiología de las plantas. La biodiversidad de las montañas lleva la firma de procesos evolutivos y ecológicos en el tiempo profundo, una historia que vale la pena preservar.

Above- and belowground linkages shape responses of mountain vegetation to climate change

Resumen traducido del artículo original

Los cambios ascendentes de la vegetación de las montañas van a la zaga de las tasas de calentamiento climático, en parte relacionados con los cambios interconectados bajo tierra. Aquí, desentrañamos los enlaces por encima y por debajo del suelo extrayendo ideas de manipulaciones experimentales a corto plazo y estudios de gradiente de elevación. Es probable que los suelos ganen carbono en los ecosistemas sucesionales tempranos, mientras que pierden carbono a medida que el bosque se expande hacia arriba, y el desarrollo del suelo lento y de alta elevación limitará los cambios de vegetación inducidos por el calentamiento. Los enfoques actuales no pueden predecir el ritmo de estos cambios y cuánto serán modificados por las interacciones entre las plantas y la biota del suelo. La integración de los suelos de las montañas y su biota en los programas de monitoreo, combinados con enfoques innovadores comparativos y experimentales, será crucial para superar la escasez de datos subterráneos y comprender mejor la dinámica del ecosistema de las montañas y sus comentarios al clima.

La distintiva zonificación de la vegetación de montaña ha inspirado a generaciones de biólogos interesados en cómo la variación ambiental, especialmente climática, da forma a la estructura y función del ecosistema (1, 2), y las plantas de montaña han servido como bioindicadores de los impactos de los cambios climáticos durante el siglo pasado (3). ) A pesar de abarcar solo el 12% de la superficie terrestre, las montañas albergan altos niveles de biodiversidad y proporcionan servicios ecosistémicos cruciales [por ejemplo, almacenamiento de carbono (C), aprovisionamiento de materia prima, protección contra riesgos naturales, depósitos de agua] con efectos de largo alcance en los ecosistemas de tierras bajas y clima global (4). Los ecosistemas de montaña están experimentando un calentamiento climático especialmente fuerte (5). El calentamiento esperado de 2 ° a 4 ° C en este siglo (5) podría extender las zonas de vegetación y los límites térmicos de la vida de las plantas hasta 300 a 600 m de altura, con profundas consecuencias para el funcionamiento del ecosistema (Fig. 1). Sin embargo, aunque las respuestas de la vegetación de montaña se han estudiado ampliamente en la superficie, se producen cambios paralelos en el lado “oscuro” de los ecosistemas subterráneos, donde las raíces de las plantas y sus comunidades microbianas asociadas forman un mundo complejo pero en gran parte desconocido en el suelo. Los suelos alpinos por encima de la línea de árboles almacenan más del 90% del ecosistema C (4) y, por lo tanto, incluso pequeños cambios en el almacenamiento de C del suelo tendrán un gran efecto en el equilibrio climático general de los ecosistemas de montaña (6). Los suelos también proporcionan nutrientes para sostener el crecimiento de las plantas, que está fuertemente limitado en nutrientes en las plantas de montaña (7, 8), por lo que los cambios en la disponibilidad de nutrientes y en la composición de la comunidad microbiana del suelo podrían representar un fuerte modificador de los cambios de vegetación en un clima cálido (9). En esta revisión, mostramos cómo las comunidades de plantas, los suelos y sus microorganismos asociados están interconectados en los ecosistemas de montaña; identificar cómo los ecosistemas subterráneos podrían responder a los cambios de vegetación en un clima cambiante; y, finalmente, indique cómo los cambios a corto y largo plazo en C y el ciclo de nutrientes pueden retroalimentar el clima y modificar los cambios en la vegetación.

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