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Calidad de vida un concepto en discusión
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Calidad de vida, salud y ambiente
Magalí Daltabuit, Juana Mejía y Rosa Lilia Álvarez (coordinadoras)
crim, unam/ini.
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La conceptualización actual de la calidad de vida y su aplicación empírica —la evaluación de los niveles de pobreza— obliga a revisar la discusión sobre las necesidades básicas humanas y sus satisfactores (que surge a partir de los años setentas) ante el fracaso del desarrollo económico para resolver los problemas de pobreza y mejorar la condición de las mayorías sociales en el mundo. Frente a la imposibilidad de generalizar en los países subdesarrollados los modos de vida de los desarrollados, se propone el enfoque de las necesidades básicas que se centra en conseguir, al menos, la satisfacción de éstas en toda la población.
Existen dos posiciones principales en este debate. Una es la de autores como Amartya Sen y Julio Boltvinik, que sustentan que las necesidades humanas fundamentales son finitas, pocas y clasificables; que son las mismas en todas las culturas y en todos los períodos históricos, por lo que definen en núcleo irreductible de necesidades básicas que al no cubrirse generan pobreza absoluta. Esta posición argumenta que el proceso de globalización de las relaciones económicas, políticas y culturales ha permitido una relativa homogeneización de las necesidades y los satisfactores humanos, conformando sistemas de necesidades de las sociedades actuales, caracterizados por la racionalidad del modelo de desarrollo económico hegemónico. Partiendo de esta perspectiva se ha generalizado, en la evaluación de la calidad de vida, la medición empírica de un núcleo irreductible de necesidades que deben ser reconocidas y resueltas, independientemente del contexto social en que se producen (alimentación, salud, vivienda, educación, socialización, información, recreación, vestido, calzado, transporte, comunicaciones básicas) y la seguridad de cubrirlas a lo largo de la vida.
Otros autores, como Peter Townsend, sostienen que las necesidades humanas tienden a ser infinitas, que están constantemente cambiando, que varían de una cultura a otra y que son diferentes en cada periodo histórico. Es decir, que las necesidades humanas son relativas, así como la pobreza. El argumento que sustenta esta posición es que debemos tener presente que la homogeneización de necesidades está matizada de forma determinante por el componente subjetivo, que expresa contextos culturales específicos.
En una tercera posición, sostenida por Max-Neef y Elizarde entre otros, se plantea que hay que distinguir necesidades y satisfactores, ya que lo que está culturalmente determinado son sólo los satisfactores de esas necesidades y que la norma de pobreza se compone de dos elementos: el núcleo de pobreza absoluta más la pobreza relativa. Estos autores proponen esquemas de clasificación de las necesidades, tomando en cuenta diferentes categorías existenciales: ser, tener, hacer y estar; y categorías axiológicas como las de subsistencia, protección, afecto, entendimiento, participación, ocio, creación, identidad y libertad.
En este libro se revisa el concepto de calidad de vida, los paradigmas donde se ha sustentado su análisis, así como su dimensión histórica. Se aborda y se cuestiona la metodología para su evaluación. Se recalca la necesidad de incluir los aspectos subjetivos y la importancia de considerar la dimensión cultural y ambiental que abarca el concepto teórico.
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Fragmentos de la introducción. _______________________________________________________________
como citar este artículo →
Daltabuit, Magalí y Mejía Juana, Álvarez Rosa Lilia. (2002). Calidad de vida, concepto en discusión. Ciencias 67, julio-septiembre, 79. [En línea] |
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Nuestro patrimonio natural
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Protegiendo lo nuestro.
Manual para la gestión ambiental comunitaria, uso y conservación
de la biodiversidad de los campesinos indígenas de América Latina
Eckart Boege, Porfirio Encino y Gustavo Ramírez
pnuma / ini / Fondo para el Desarrollo
de los Pueblos Indígenas de América
Latina y el Caribe.
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La conservación y el manejo razonable de la biodiversidad se han convertido en una condición para alcanzar los objetivos del desarrollo sustentable. Sin embargo, los bosques y las selvas tropicales, así como los ecosistemas en los que ha evolucionado y se reproduce esta biodiversidad, no solamente constituyen reservas naturales, sino que también son territorios habitados por diversas culturas donde han configurado sus estilos étnicos de desarrollo aprovechando y transformando sus riquezas naturales.
La participación de la población local en la gestión de los recursos naturales se ha legitimado y legislado en los últimos años, al ser reconocida por organismos nacionales como una condición para dar eficacia a las políticas ambientales, y como un derecho de los pueblos para beneficiarse de su patrimonio de recursos naturales. A partir de Río 92 y de la puesta en operación de la Convención sobre Diversidad Biológica, varios proyectos de conservación de la biodiversidad se han desarrollado con la participación directa de las comunidades que habitan estas zonas.
No obstante lo anterior, la capacitación de las comunidades para la conservación y el manejo sustentable de los recursos de la biodiversidad continúa siendo una necesidad fundamental para alcanzar los objetivos de sustentabilidad y equidad, para lograr que las propias comunidades generen una capacidad de autogestión y cogestión, así como para la protección de sus recursos en beneficio propio y de la humanidad en su conjunto. La capacitación comunitaria cobra aún más importancia ante el propósito de recuperar y actualizar prácticas tradicionales de uso de los recursos, pero también ante la necesidad de renovar dichas prácticas en el contexto de los cambios globales de nuestro tiempo, de articularlas con las políticas ambientales y de enriquecerlas mediante una apropiación cultural de los potenciales de la ciencia y la tecnología moderna.
Este manual está concebido como material básico para un proyecto de capacitación comunitaria, para la conservación y el manejo sustentable de la biodiversidad y de los bosques de los países de América Latina y el Caribe.
De esta manera, se busca contribuir al desarrollo sustentable de la región; a un desarrollo que preserve las riquezas naturales de nuestros países por medio de una amplia participación social, que reconozca e impulse la riqueza y diversidad cultural de los pueblos de América Latina y el Caribe.
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como citar este artículo → Boege, Eckart y Encino Porfirio, Ramírez Gustavo. (2002). Nuestro patrimonio natural. Ciencias 67, julio-septiembre, 78. [En línea] |
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Nuevos paradigmas y fronteras en ecología
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La comunidad científica mexicana debería elaborar un verdadero programa de investigación de manera interdisciplinaria, con metas a distintos plazos, que permita contribuir al conocimiento científico así como construir una línea propia de investigación ecológica sustentable del país. | ||
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Ken Oyama
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Una de las cosas más fascinantes de la ciencia es su constante cambio en los conceptos, ideas, métodos y teorías. El incesante surgimiento de nuevas preguntas funciona como motor de la ciencia. En ocasiones éstas no pueden responderse al interior de los marcos teóricos y metodológicos existentes, por lo que se requieren algunos cambios. En estos casos, después de haber revisado las teorías y los métodos existentes, se elaboran nuevos marcos conceptuales que permitan ubicar estas nuevas interrogantes. Para lograrlo, se inicia la acumulación de nuevas evidencias obtenidas con nuevos métodos; emergen nuevos patrones, se construyen nuevos modelos y se plantean cambios en las teorías. Es así como se dan las condiciones para el desarrollo de los llamados paradigmas —cada uno de ellos con sus propias bases teóricas, científicas y filosóficas.
Las reuniones científicas, la publicación de artículos y libros científicos clave, y la fundación de nuevas sociedades científicas, constituyen el abanico de expresiones en el cual es posible detectar el surgimiento de los escenarios en que se desarrollan los nuevos paradigmas.
A mi parecer, este proceso no ocurre de manera simultánea. En la dinámica actual de la ciencia es difícil establecer cuándo el grado de desarrollo de una idea, un marco conceptual, o una síntesis de conocimientos ha alcanzado un grado de madurez tal, que amerite considerarlo como un nuevo paradigma. La delimitación exacta de los alcances de la ciencia no está definida en un libro de texto o por un científico. El alcance de los consensos no siempre es uniforme en la comunidad científica. Diferentes historias, políticas e intereses entran en juego, y es en esta matriz social, determinada bajo una serie de situaciones particulares, en donde se inician las modificaciones de las teorías que eventualmente pueden llegar a sustituir a los paradigmas dominantes.
Una de las preocupaciones de los filósofos e historiadores de la ciencia es, justamente, explicar cómo se generan los nuevos paradigmas y cómo son sustituidos. Existen varias posturas interesantes al respecto. Sin embargo, partimos del hecho de que en la ciencia, al acumularse un conjunto de soluciones científicas, se generan constantemente nuevos paradigmas, que se sintetizan en un marco teórico y que a su vez alcanzan un consenso sobre su validez en la comunidad científica.
Es posible realizar un análisis retrospectivo y delimitar el surgimiento, desarrollo y culminación de una teoría en particular. En la biología, por ejemplo, la teoría sintética de la evolución —una de las más importantes del siglo xx—, generó un paradigma al sustituir las ideas previas y marcar las rutas de investigación en muchos campos de las ciencias naturales. La teoría neutra de la evolución molecular constituye un caso más reciente, en el que el planteamiento de una nueva hipótesis, con una nueva explicación de la teoría misma de la evolución biológica, se ha establecido como un nuevo paradigma.
En síntesis, el quehacer científico constituye una actividad humana sumamente dinámica, que cambia constantemente e incorpora la mayor cantidad de conocimientos para explicar los fenómenos que ocurren en la naturaleza, sus procesos y patrones, sus mecanismos, sus concatenaciones y su complejidad.
En la actualidad se habla de una crisis ambiental sin precedentes, que pone en riesgo la existencia misma de la vida sobre el planeta. Hay una preocupación legítima por la salud ambiental de los ecosistemas y su destino, y se pregunta a los científicos sobre el futuro de la vida en la Tierra, sus predicciones y tendencias. Así, se habla sobre ecología, una y otra vez, muchas veces sin entender plenamente su significado. En este contexto, la ecología, como rama de la ciencia que estudia la interacción de los organismos con su ambiente, ha sufrido una serie de transformaciones conceptuales y metodológicas sin precedentes.
Los nuevos paradigmas y las fronteras de investigación en ecología se pueden ubicar, en primer lugar, en el hecho de que muchos de los problemas irresueltos en la investigación ecológica se intentan resolver combinando conceptos y métodos que provienen de diferentes disciplinas (existe una fuerte tendencia a la multi e interdisciplina). En segundo lugar, el reconocimiento de los sistemas naturales organizados en niveles dentro de un sistema jerárquico ha permitido distinguir los procesos ecológicos propios de cada nivel y su relación con otros niveles (la transescalaridad de los fenómenos ecológicos es una parte de esta teoría de las jerarquías). Y en tercer lugar, el análisis de los sistemas complejos, como una forma más precisa de estudiar los sistemas naturales, reconociendo que éstos no son siempre lineales que poseen múltiples estados de equilibrio, presentan mecanismos de autorregulación que no son predecibles ni reversibles, y cuyos procesos ocurren a distintas escalas. La necesidad de estudiar los sistemas naturales como sistemas complejos no es nueva, pero existe una nueva formalización en sus conceptos, teorías y aplicaciones.
Además, en el campo de la ecología existe una fuerte tendencia a considerar que los sistemas naturales no son completamente independientes de los sistemas sociales. El análisis de la influencia de las distintas actividades humanas en los sistemas naturales indica que la interacción sociedad-naturaleza presenta nuevas propiedades emergentes que deben ubicarse bajo nuevos paradigmas.
Estos cambios en la conceptualización de un sistema natural no son necesariamente nuevos, aunque el reconocimiento de los sistemas ecológico-sociales sí nos conduce, tanto a una nueva síntesis en la teoría ecológica como a nuevas agendas de investigación para solucionar los problemas de la llamada crisis ambiental.
Las nuevas disciplinas
Una revisión de la literatura ecológica de los últimos diez años nos indica que han surgido nuevas disciplinas relacionadas con la ecología. Esto es realmente sorprendente, si consideramos que hace unos veinticinco años sólo se hablaba de escasas disciplinas, como ecofisiología, ecología-genética, ecología del comportamiento, ecología evolutiva o ecología humana.
En la actualidad podemos reconocer dos grandes grupos de disciplinas. Por un lado, la ecología relacionada con otras disciplinas de la biología, como la ecología molecular, ecología funcional, ecología histórica, ecología comparativa, macroecología, ecología del paisaje, ecogeografía, ecología global, etcétera. Por el otro, con disciplinas sociales como la economía ecológica, etnoecología, ecología urbana, ecología industrial, etcétera. Y finalmente, el papel de la ciencia de la ecología en los temas de manejo de ecosistemas y sus recursos, en donde distintas disciplinas sustentan la teoría de la conservación, restauración, el control y el aprovechamiento de los recursos naturales.
Este panorama nos indica que el desarrollo de la ecología ha sido un pivote sobre el cual se han generado nuevos campos, tratando de plantear nuevos problemas de investigación y la solución de aquellos que afectan seriamente a la humanidad, generando nuevas disciplinas en este fin de milenio.
Ecología molecular
El desarrollo y aplicación de métodos y teorías de la biología molecular a la ecología ha generado un nuevo enfoque de investigación, y sintetiza adecuadamente la emergencia de nuevas explicaciones a preguntas pendientes en la ecología. La aplicación de las herramientas conocidas como marcadores moleculares y los nuevos métodos de análisis genealógico y filogenético han constituido, en conjunto, un nuevo enfoque de investigación que ha revolucionado las ideas predominantes en subdisciplinas tan importantes como la ecología evolutiva y la ecología del comportamiento. La amplitud y el tipo de problemas que pueden ser atacados por esta combinación de áreas son múltiples, ya que van desde el descubrimiento de las bases genético-moleculares de caracteres morfológicos y funcionales, hasta la reconstrucción histórica de linajes evolutivos.
En menos de una década, algunos de los temas de la ecología molecular han sufrido modificaciones importantes en su interpretación, e incluso se preveen cambios importantes en sus respectivos marcos teóricos. Con el uso de los marcadores moleculares se han logrado detectar patrones distintos a los observados previamente en problemas como la caracterización de la individualidad en especies con sistemas de reproducción combinados, la estructuración espacial de su diversidad genética, el flujo de genes, la determinación de los patrones de paternidad múltiple, los procesos de selección sexual, los procesos de especiación como la hibridación y la introgresión, la genealogía de haplotipos y su distribución geográfica, etcétera.
La ecología de las poblaciones
Una de las vertientes clásicas de la ecología es el estudio de las poblaciones. La mayoría de los modelos aceptados en ecología hacen referencia al comportamiento de las poblaciones y a sus interacciones. Los modelos de crecimiento poblacional de interacciones (depredador-presa, competencia, mutualismos, etcétera) han dominado el ámbito de la ecología de las poblaciones. Este desarrollo ha sido tal, que algunos autores consideran que esta disciplina ya ha alcanzado a resolver sus problemas más importantes.
A nivel poblacional se han acumulado tantas evidencias, que existe una base de datos sobre la dinámica de más de mil ochocientas especies de animales. A esta información se le conoce como la “Base de datos de la dinámica poblacional global” e incluye más de cuatro mil quinientos registros de la abundancia de las poblaciones de diferentes grupos taxonómicos a lo largo del tiempo y en el mundo. Esto brinda, por primera vez en la historia, una excelente oportunidad para analizar y encontrar patrones ecológicos de la dinámica de las poblaciones animales.
Los estudios sobre las interacciones de las especies se enfocaron durante mucho tiempo a entender la dinámica de una interacción en una localidad. Los modelos de coevolución que se produjeron a partir de estos estudios fueron muy aceptados en la teoría ecológica. Sin embargo, el surgimiento de las hipótesis de la especialización local y del mosaico geográfico de las interacciones, las cuales incorporaron la heterogeneidad ambiental espacial, el contexto geográfico y las interacciones múltiples, rompieron con la idea de las presiones selectivas recíprocas de los interactuantes y pusieron en cuestionamiento la teoría de coevolución estricta. En la actualidad, se acepta la hipótesis de la coevolución difusa como la más plausible para explicar las interacciones antagónicas y mutualísticas de las especies.
Otra de las nuevas líneas de la ecología de las poblaciones es el estudio de las metapoblaciones, es decir, de conjuntos de poblaciones. El contexto del paisaje incorpora este enfoque a su análisis, para lo cual se integran dos niveles de organización, una escala espacial regional que se extiende a la dinámica de la interacción de los componentes no sólo de tipo demográfico, sino de la conectividad a través de tasas de dispersión y flujo de genes entre poblaciones.
Estos tres casos ilustran cómo el análisis de las poblaciones en otras dimensiones y con otros enfoques sentarán nuevos paradigmas en uno de los campos clásicos de la ecología.
El funcionamiento de las comunidades y los ecosistemas
La visión holista e integradora de la ecología contemporánea ha resaltado la necesidad de enfocar las investigaciones desde otra perspectiva. Un ejemplo son las investigaciones de las interacciones bióticas, que pretenden entender la dinámica de la matriz que éstas constituyen en una comunidad. Los modelos de dos especies sólo sirven como un marco de referencia, ya que al incluir más, la dinámica y los resultados de las interacciones cambian cualitativamente. Los efectos de las causalidades ascendentes y descendentes de interacciones de distintos grupos taxonómicos ubicados en distintos niveles tróficos, ilustran claramente que las relaciones entre las especies no son lineales. La diversidad de interacciones tiene una influencia muy importante en la estabilidad, la capacidad homeostática y la resiliencia de las comunidades naturales. Ante una alteración en un ecosistema, como la extinción de una especie o un evento episódico ambiental, la respuesta de éste depende de la compensación que se pueda llevar a cabo en las funciones esenciales del mismo. Parte de estas funciones las desempeñan las interacciones de los componentes del ecosistema. La comprensión de esta problemática permitirá entender el papel de los grupos funcionales, los gremios ecológicos, los procesos de colonización y extinción de las especies, el papel de las especies clave y la capacidad de recuperación de los ecosistemas.
Los componentes no descubiertos de las comunidades
En muchas ocasiones, la investigación científica presenta sesgos, ya sea por el interés particular de la comunidad de científicos que desean entender ciertos fenómenos, por las limitaciones tecnológicas que impiden el estudio de algunos componentes, o simplemente porque existen serios prejuicios y se investiga sólo para constatar las ideas predominantes.
Este es el caso de los componentes de las comunidades que no han sido estudiadas con la misma intensidad: el suelo y el dosel.
El análisis ecológico del suelo ha recibido mucha atención por la importancia agrícola y la necesidad de producción de alimentos para el mantenimiento de la vida humana. Constantemente se escucha la existencia de problemas como la erosión del suelo, el agotamiento de nutrimentos en suelos de cultivo, etcétera. Sin embargo, en los sistemas naturales terrestres todavía no se descubre, cabalmante, la riqueza biológica ni se han documentado las funciones ecológicas de los elementos del mismo. Se dice que existen millones de organismos, desde bacterias hasta vertebrados, que constituyen y funcionan como un ecosistema sumamente complejo.
El otro componente es el dosel, el cual puede albergar miles de individuos y cientos de especies en un sólo árbol tropical. La relevancia de su estudio radica en que muchos de los procesos ecológicos fundamentales ocurren en esta capa. La ecología de las epífitas (orquídeas, bromelias, etcétera), de las lianas y plantas trepadoras, los análisis fenológicos, de polinización, de acumulación de biomasa, fotosíntesis, etcétera, se ubican en el dosel. Al igual que el suelo, éste cumple funciones muy importantes en los sistemas naturales, como la regulación de los ciclos biogeoquímicos, las modificaciones en el ciclo hidrológico, la renovación de nutrimentos, la descomposición de desechos, la regulación de poblaciones, de plantas y animales, entre otros.
La ecología global
Las diferentes problemáticas ambientales que se han identificado a nivel global se deben al desarrollo de modelos y métodos como la informática, la percepción remota y los sistemas de información geográfica. Esta trilogía ha demostrado un planeta en dimensiones no descritas con anterioridad ni con tanta precisión y claridad. Los efectos de los procesos regionales o globales sobre los locales han resultado ser muy importantes. La dinámica del flujo de nutrimentos o minerales no se puede estudiar como un sistema cerrado, ya que el impacto de fenómenos metereológicos a nivel global rompe con la dinámica de los componentes de un ecosistema.
Se habla entonces de la ecología global, ya que procesos que ocurren en una región pueden tener influencia en otras, como es el caso de los efectos del cambio climático y todos sus fenómenos asociados. Muchos fenómenos catastróficos para el ser humano como los huracanes y ciclones son eventos raros, pero pueden predecirse con cierta certidumbre si son estudiados a escala global y a largo plazo.
En términos de los problemas de la conservación biológica ha sido posible hacer estimaciones de las tasas de deforestación en diferentes partes del planeta. Los estudios de biodiversidad a nivel mundial permiten detectar las zonas de prioridad para su conservación, ya no sólo en benficio de un país o región, sino de toda la humanidad. Las predicciones sobre los escenarios futuros no podrían realizarse sin tener este panorama global de salud de los ecosistemas.
En busca de procesos y patrones
La Macroecología
Algunos ecólogos han identificado la necesidad de incluir escalas espaciales y temporales de mayores dimensiones, y de integrar los avances de disciplinas como la biogeografía, paleobiología y sistemática para descubrir los patrones que ocurren en la naturaleza. Este enfoque pone más énfasis en el análisis de los patrones estadísticos que en las manipulaciones experimentales. En su concepción filosófica rechaza los enfoques reduccionistas y busca estudiar los patrones y procesos emergentes y la extensión de su aplicación a nivel geográfico. Considera los sistemas complejos como objetos de estudio y esto, a su vez, determina las características de sus programas de investigación, en donde las comunidades y su ensamblaje de organismos definidos, tanto por su identidad taxonómica como por su similitud ecológica, son usados en estudios macroecológicos. El objeto de estudio puede ser un grupo funcional, un gremio ecológico, grupos de formas de vida o linajes evolutivos. Las escalas son regionales y globales y los periodos que se consideran van desde décadas hasta millones de años. Incluye, por tanto, los componentes de la historia evolutiva de los grupos taxonómicos involucrados.
Curiosamente, la macroecología pretende contestar preguntas científicas básicas de la ecología, como la abundancia, distribución y diversidad de las especies, en la búsqueda de los procesos que producen patrones y que no pueden ser obtenidos utilizando un enfoque experimental. Intenta así buscar la síntesis de los procesos a diferentes niveles de organización, desde los individuos hasta las comunidades y biotas regionales, de los procesos y patrones a diferentes escalas temporales y espaciales, y pretende generar una teoría que sintetice disciplinas tan disímiles como la ecología, la biogeografía, la sistemática, la macroevolución y las ciencias de la Tierra. Además, pretende conjuntar teorías y enfoques de la teoría de las jerarquías, así como de sistemas complejos y evolutivos. Sin duda, la macroecología pretende cubrir una meta muy ambiciosa, aunque cabe señalar que muchos de sus planteamientos son viejas propuestas teóricas y metodológicas ahora cubiertas por una sombrilla llamada macroecología. El énfasis de las escalas espaciales y temporales, por ejemplo, no es exclusivo de los enfoques macroecológicos, sino que es un común denominador de los nuevos enfoques de investigación en ecología.
Las escalas espaciales y temporales
La ubicación de los sistemas naturales en el espacio y de los procesos biológicos en unidades organizadas jerárquicamente, nos obliga a disectar los procesos ecológicos en cada una de estas escalas. Se ha demostrado que los sistemas naturales presentan variaciones temporales que sólo pueden ser detectadas en estudios a largo plazo. En este sentido, existe una red mundial de grupos de investigación (Long-Term Ecological Research) en donde se ha planteado realizar estudios comparativos ubicando el análisis en escalas temporales de varios años.
Estos estudios incluyen el monitoreo de múltiples parámetros físicos asociados a los procesos biogeoquímicos y a los regímenes climáticos, la observación de interacciones bióticas de las especies y el seguimiento de poblaciones de especies que intervienen en la formación de redes de relaciones que afectan a otros componentes de los ecosistemas. Además, incluyen manipulaciones experimentales de diversos componentes para tratar de conocer el papel de las especies clave en el mantenimiento de la diversidad biológica y sus consecuencias ecosistémicas. La remoción continua de especies clave, de grupos de especies funcionales o gremios ecológicos ha permitido, por ejemplo, entender mejor la dinámica de los sistemas naturales complejos.
La pregunta que surge es, ¿qué tipo de cambios importantes se han producido en la teoría ecológica al incorporar las dimensiones de las escalas espaciales y temporales? En el caso de la dinámica de las poblaciones y la composición de especies de una comunidad —teórica y experimentalmente— se ha demostrado que están determinadas por la limitación de recursos en el sistema y la competencia interespecífica. La predicción es que en condiciones de recursos limitados, causadas por bajas precipitaciones, por ejemplo, la abundancia y la distribución de las especies se verán afectadas negativamente. Sin embargo, al tratar de probar esta hipótesis en sistemas naturales más extensos y bajo periodos de observación más largos, se ha encontrado que los regímenes de precipitación son variables en el tiempo y presentan relaciones que no son lineales, que no siguen directamente con las fluctuaciones poblacionales. En la regulación de las poblaciones intervienen otros factores como la depredación y el almacenamiento de recursos. Además, las interacciones aparentemente indirectas pueden desencadenar efectos en cascada impredecibles y con mayores consecuencias, dada la compleja matriz de interacciones de grupos taxonómicos que forman parte de una comunidad determinada.
En estudios de largo plazo se puede observar cómo los cambios en el comportamiento de ciertos organismos están ligados a fenómenos globales como el cambio climático. Las oscilaciones en la precipitación pueden estar regulando la proporción de plantas que poseen distintas fisiologías para la absorción de carbono y, esto a su vez, puede tener repercusiones en los cambios numéricos de las poblaciones que dependen de estas especies, como es el caso de herbívoros y polinizadores. Los cambios de temperatura pueden afectar severamente a las poblaciones e incluso ocasionar extinciones locales de especies. El análisis en este contexto temporal y espacial es lo que permite detectar patrones que ocurren a nivel planetario.
Los determinantes históricos de las comunidades
Uno de los problemas más importantes en la ecología de las comunidades es la explicación del origen y el mantenimiento de la diversidad biológica que compone a una comunidad determinada. En años recientes se ha planteado la necesidad de entender tres elementos históricos: el origen del lugar, del linaje y de los procesos macroevolutivos.
Se parte de la idea de que el componente histórico no sólo es el escenario en el cual ocurren los fenómenos ecológicos, sino que proporciona argumentos para explicar dichos procesos. En estos análisis, por medio de la incorporación de investigaciones paleontológicas y paleoecológicas, se pretende reconstruir el origen de los lugares en donde pudieron existir los organismos. Conocer la historia de los linajes evolutivos de los grupos taxonómicos que componen una comunidad contemporánea por medio del establecimiento de hipótesis filogenéticas y geneaológicas es muy relevante, ya que en gran medida el funcionamiento de los gremios ecológicos y la explicación de la composición de las comunidades naturales se debe al origen de éstos. Finalmente, algo que parecía imposible hace algunas décadas es posible en la actualidad gracias a la aplicación de hipótesis macroevolutivas, entre las cuales se encuentra la selección de especies o las tasas diferenciales en su formación, y la extinción de los grupos taxonómicos en investigaciones ecológicas.
Sin duda, el conocimiento de los determinantes históricos de los sistemas naturales nos eleva a una dimensión evolutiva en las explicaciones ecológicas. Hace ya tres décadas, un famoso ecólogo teórico se planteaba la pregunta, ¿cómo evolucionan los ecosistemas? Pero pocos científicos se atrevían a elaborar una argumentación, ya que se veían grandes brechas teóricas y sobre todo metodológicas. Hoy en día, estamos cerca de elaborar marcos conceptuales para responderla.
¿Sistemas ecológico-económico-sociales?
En los análisis de los sistemas naturales existe cada vez más la tendencia a reconocer que los ecosistemas están constituidos por dos componentes: los biológicos y los sociales. La existencia, el funcionamiento y el mantenimiento de los sistemas naturales no pueden explicarse sin tomar en cuenta la influencia del hombre y su amplia gama de actividades (tanto actual como histórica). Sin embargo, el análisis de los sistemas naturales se complica al incorporar al hombre, ya que se incrementa el grado de impredecibildad. El estudio de la relación entre sistemas naturales y sistemas sociales es conocido como ecología humana. En la actualidad se reconocen interacciones de la ecología, la antropología, la política, la economía, la historia, la sociología, y la arquitectura, entre otras.
Las interacciones hombre-naturaleza son sumamente variables y obedecen a otras leyes y a otra lógica. Es por esto que existe una fuerte reticencia tanto de científicos naturales como sociales a aceptar los sistemas integrados, ecológico-sociales. Sin embargo, se hace una serie de esfuerzos valiosos por tratar de desarrollar marcos conceptuales, modelos o simples planteamientos, integrando elementos ecológicos, económicos, sociales e incluso culturales.
La economía ecológica
Dentro de la teoría económica ha surgido una fuerte escuela de pensamiento que intenta inscribir un nuevo modelo de desarrollo humano que no esté basado exclusivamente en la economía de mercado. A este nuevo modelo se le ha denominado económico-ecológico y constituye una propuesta muy atrevida, ya que cuestiona profundamente los modelos de desarrollo de las sociedades capitalistas contemporáneas, incorporando el capital social y cultural en adición al capital humano y natural. Parte de la inexistencia de una sustitución perfecta entre el capital natural y el humano, y de la importancia que tiene la consideración de los límites que impone el uso de energía y recursos naturales, así como de sus desperdicios, por lo que es uno de los nuevos paradigmas de los sistemas ecológico-sociales.
En este nuevo modelo de desarrollo se generan complejas relaciones de propiedad, ya que se tiene que hacer compatible la propiedad privada individual con los bienes de propiedad común, como puede ser el caso de los bosques, selvas, mares y otros sistemas naturales. También se reconoce tanto la existencia de los bienes y servicios ecológicos que los ecosistemas y sus recursos proveen, como la necesidad de la satisfacción individual y comunitaria (sin causar un daño irreversible al capital natural).
La investigación en esta área se concentra propiamente en líneas como la economía de los recursos naturales, la economía ambiental y la economía ecológica.
El desarrollo sustentable, ¿paradigma o utopía?
El paradigma actual de los sistemas ecológicos-sociales es por excelencia el del desarrollo sustentable. El reconocimiento de que vivimos una crisis ambiental con fuertes repercusiones que hacen peligrar la existencia del planeta mismo ha generado la necesidad de establecer una sociedad sustentable en términos ambientales, sociales y económicos. Existen varias definiciones de desarrollo sustentable, pero todas se acercan a la consideración de un desarrollo que satisfaga las necesidades presentes sin comprometer las necesidades de generaciones futuras, y que mantenga los procesos ecológicos esenciales y los sistemas que soportan la vida, así como sus recursos genéticos y el aseguramiento de la utilización de las especies y ecosistemas.
Es importante recalcar que el tema del desarrollo sustentable ha generado una gran discusión. Para algunos autores es una utopía alcanzar dicho desarrollo, porque los modelos obedecen a las leyes de mercado y éstas rara vez han sido compatibles con la conservación de los ecosistemas y sus recursos. En las economías capitalistas ha existido una fuerte tendencia a la explotación secuencial del capital natural sin ningún criterio de tipo sustentable. La incorporación de un criterio ecológico a la sustentabilidad genera nuevos imperativos que no pueden ser resueltos bajo la lógica del mercado, ya que se requiere una nueva visión del manejo de los sistemas naturales y una nueva actitud. Se dice que más que una meta, el desarrollo sustentable es un proceso, en donde las experiencias humanas diarias deben incorporarse para crear nuevos sistemas. En esta lógica se puede insertar no sólo una nueva agenda de investigación, sino una nueva posición.
Nuevas agendas de investigación
Distintas organizaciones y sociedades científicas en el mundo han definido nuevas agendas de investigación como resultado de su preocupación por resolver los grandes problemas ambientales que aquejan a la humanidad. Hace casi una década, la Sociedad Americana de Ecología propuso una agenda llamada “Iniciativa de una biósfera sustentable”, en donde se presentan las necesidades de investigación científica para un manejo inteligente de los recursos de la Tierra y el mantenimiento de los sistemas que soportan la vida.
Las prioridades de la investigación se concentran en tres puntos: el cambio climático, la diversidad biológica y los sistemas ecológicos sustentables. En cada uno de ellos se presentan las preguntas de frontera y los problemas más relevantes que hace falta investigar. Una muestra de los temas a trabajar son: 1) las causas y consecuencias del cambio climático global, su influencia en procesos ecológicos clave de los ecosistemas y en la diversidad biológica; 2) las consecuencias ecológicas de la degradación de los sistemas naturales, sus límites y capacidad de recuperación; 3) las consecuencias evolutivas de los cambios ambientales y antropogénicos; 4) los cambios en la diversidad biológica y sus consecuencias en la estabilidad y resiliencia de los ecosistemas; 5) el conocimiento de los patrones de diversidad a nivel mundial, incluyendo las especies con distintos niveles de vulnerabildad y rareza; 6) la investigación de los procesos de restauración ecológica y los indicadores de las respuestas de los ecosistemas a perturbaciones y estrés; 7) la comprensión y aplicación de los principios para establecer sistemas ecológicos manejables; y 8) la determinación de los principios que provocan enfermedades y los mecanismos de dispersión de los vectores de estas epidemias.
En agendas como la de la conservación de la biodiversidad se establecen regiones prioritarias a nivel mundial, como los denominados “focos rojos de diversidad”, con el fin de priorizar la conservación de especies endémicas y detener la destrucción de ecosistemas naturales. Otras tienden más bien a realizar un diagnóstico sobre la salud ambiental del planeta por medio de programas financiados por la Naciones Unidas para conocer el estado de los ecosistemas naturales del mundo.
Estas agendas y programas de investigación son interesantes y generan una serie de preguntas realistas para avanzar no sólo en el entendimiento de los procesos ecológicos, sino en cómo éstos pueden servir para coadyuvar a preservar, manejar y construir los sistemas naturales.
La comunidad científica mexicana debería elaborar una agenda que sirva para delinear la investigación científica ecológica del país. Esto no debe confundirse con las agendas gubernamentales o con los discursos de políticos y funcionarios científicos, sino con un verdadero programa de investigación elaborado por grupos interdisciplinarios con metas a distintos plazos, que nos permita no sólo contribuir al conocimiento científico, sino construir una línea propia de investigación ecológica sustentable del país.
Hacia una nueva ecología
A lo largo de la historia de la Tierra han ocurrido muchos eventos catastróficos de diferente magnitud, que van desde la tectónica de placas y la conformación de los continentes hasta cambios climáticos regionales, durante los cuales se han extinguido millones de especies. Sin embargo, en años recientes muchos de los ecosistemas se han visto alterados y miles de especies han desaparecido a causa de las actividades humanas. Para poder entender, controlar y predecir estos cambios en los sistemas naturales, las investigaciones ecológicas básicas son fundamentales. Asimismo, es importante resaltar la necesidad de adoptar una posición académica, filosófica y política sobre la naturaleza de los sistemas ecológicos-sociales. El avance de la investigación en ambas direcciones nos permitirá ir construyendo no sólo una nueva teoría científica de la ecología, sino la elaboración de políticas para la solución de los problemas ambientales.
Para que realmente se alcance el desarrollo de sistemas sustentables en sus dimensiones ecológicas, sociales y políticas, esta “nueva ecología” deberá de permear a todos aquellos que tengan poder de decisión en diferentes ámbitos, ya que no se puede alcanzar del desarrollo sustentable con los niveles de desigualdad e injusticia que prevalecen bajo los actuales modelos de desarrollo económico. Es imposible el alcance, la preservación y el manejo de los ecosistemas naturales de manera sustentable sin que existan políticas universales y nuevos modelos de desarrollo económico y social. Sin la existencia de una nueva cultura, una nueva ética y una nueva actitud hacia los problemas esenciales de la convivencia humana no será posible alcanzar un buen estado ambiental. No podemos continuar ignorando la relevancia de los problemas ecológicos ante el grave deterioro de la calidad de vida de la humanidad.
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Referencias bibliográficas
Allen, T. F. H. y T. W. Hoekstra. 1992. Toward a Unified Ecology. Columbia University Press, Nueva York.
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El principio de la inercia
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Para llegar a este principio se requirió un gran proceso de abstracción, por la sencilla razón de que no es posible observarlo directamente en la naturaleza ni puede inferirse inmediatamente de la experiencia, sino a través de una especulación que sea coherente con lo observado. | ||
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José Luis Álvarez García
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El análisis de la evolución de las ideas científicas pone de manifiesto el enorme esfuerzo realizado para llegar a algunas de las nociones fundamentales laboriosamente desarrolladas por los grandes genios —esfuerzo que ha significado la superación de grandes obstáculos para que tales nociones sean accesibles e incluso parezcan naturales. Éste es el caso del principio de la inercia. Pero al mismo tiempo, para comprender este principio se requiere un gran proceso de abstracción, por la sencilla razón de que no es posible observarlo directamente en la naturaleza. El principio de la inercia no puede inferirse inmediatamente de la experiencia, sino a través de una especulación que sea coherente con lo observado. Tal y como señala A. Koyré, “el principio de la inercia no surgió ya elaborado del pensamiento de Descartes o de Galileo como Atenea de la cabeza de Zeus”, fue producto de un largo esfuerzo del pensamiento.
Este principio se encuentra al interior del marco del fenómeno del movimiento, el cual fue objeto de estudio desde la Antigüedad, y que tenía que ser explicado por cualquier filosofía que aspirara a ser aceptada. El primer estudio sistemático del movimiento corresponde a Aristóteles, cuyas ideas al respecto dominaron en su propia época y hasta los primeros siglos de nuestra era, para después ser recuperadas y remodeladas por Occidente, vía la tradición árabe, en los finales del siglo xi. Y fue la crítica a las teorías aristotélicas del movimiento, hecha primero por los escolásticos de la Edad Media y después por los pensadores del Renacimiento, lo que constituye el telón de fondo de donde parte Galileo para echar las bases de la nueva ciencia del movimiento, junto con los trabajos de Kepler, Gassendi, Descartes y Huyghens para llegar así a la gran síntesis newtoniana.
Aristóteles es el fundador de la física como ciencia de las cosas naturales; señala que el movimiento y el cambio son los fenómenos básicos de la naturaleza, y que quien no los entienda niega a esta última. Para el filósofo griego, el estudio del movimiento descansa en las nociones de espacio y tiempo, que para él no son categorías universales, ya que no pueden existir fuera de las cosas. Es así como los objetos particulares determinarán el espacio y los sucesos individuales, el “antes” y el “después”, el tiempo.
Para Aristóteles el espacio o lugar “no es aquello donde algo esté, sino que el lugar existe junto con la cosa, pues junto con lo limitado están los límites”. Teofrasto, su discípulo, describe la concepción aristotélica de espacio: “Quizá no sea, pues, el espacio una realidad en sí, sino que es determinado por la posición y la serie de las cosas conforme a su naturaleza y a sus funciones naturales”. No existe “lugar” fuera de las cosas, sino sólo como la determinación geométrica de una cosa que puede padecer movimiento, es decir, el lugar es la consecuencia en la relación que dos cuerpos tienen entre sí. Por tanto, el espacio vacío carece de estructura y por ello de cualidades. Aristóteles concluye: “Puesto que hemos demostrado que no existe el espacio en sí, se sigue de ello que tampoco existe un espacio vacío”.
El espacio aristotélico posee una estructura determinada por el centro del mundo, y a partir de ahí define los movimientos naturales en el mundo sublunar como aquellos que se dirigen a dicho centro. Los cuerpos son pesados o leves, dependiendo de si se acercan al centro o se alejan de él cuando se les deja libres para moverse, ya que se dirigirán a su lugar natural. Como conclusión, la permanencia del movimiento es imposible, ya que en algún momento el cuerpo en movimiento llegará al lugar que por su naturaleza le corresponde y, por lo mismo, se detendrá. Esto es, que para los movimientos naturales que tienen lugar debajo de la esfera de la Luna es imposible la permanencia del mismo, pero también lo es para los movimientos violentos que, dentro de la física aristotélica, requieren un motor para moverse.
Dentro de la física aristotélica el vacío no puede existir, ya que el espacio está totalmente lleno de materia, divisible hasta lo infinito, hasta entre los cuerpos y las pequeñísimas partículas que los componen. Aristóteles niega rotundamente su existencia, pues su aceptación lo conduciría irremediablemente al atomismo. Para que el movimiento pueda darse –continúa— no es necesario en absoluto la existencia del vacío. Más aún, supone que el concepto mismo lleva a conclusiones absurdas: cuanto menor es la resistencia del medio, tanto mayor es la velocidad del cuerpo en movimiento; por consiguiente, en el vacío, donde la resistencia es nula, la velocidad debe ser infinita, lo cual, según él, es imposible.
Respecto al cuestionamiento de porqué los proyectiles continúan moviéndose después de haber abandonado su motor, Aristóteles encontró la solución postulando como motor al aire: éste se abre ante, por ejemplo, la flecha y se cierra detrás de ella, pues la naturaleza no permite la formación del vacío, y de esta manera la impulsa hacia adelante.
Otra vez aplica su rechazo al vacío cuando afirma que si éste existiera no habría resistencia al movimiento y el cuerpo continuaría desplazándose indefinidamente, pero como esto es imposible, el vacío no puede existir. Es interesante ver cómo llega tan cerca del principio de la inercia; sin embargo, su aversión al vacío le impide comprender la permanencia del movimiento.
La física aristotélica es incompatible con el principio de la inercia y en ella el movimiento y el reposo pertenecen a estatus ontológicos diferentes: el reposo es un estado en el cual sí pueden permanecer los cuerpos, mientras que el movimiento es un proceso mediante el cual el cuerpo se dirige al lugar natural que le corresponde y, por tanto, no puede permanecer en movimiento indefinidamente.
Los pensadores medievales
Las teorías aristotélicas que explicaban el movimiento —en lo que respecta al lanzamiento de proyectiles— jamás convencieron a sus adversarios, quienes siempre opusieron a ellas el que el movimiento del proyectil, aun separado del motor, persistiera: la piedra lanzada por la honda, la flecha disparada por el arco, etcétera.
En el siglo vi, Juan Filopón realiza una crítica a las teorías de Aristóteles respecto al movimiento de proyectiles, utilizando el concepto de impetus, tomado del astrónomo helenístico Hiparco de Rodas, quien vivió en siglo ii a.C.
La teoría del impetus consiste en que en cualquier proyectil que ha sido lanzado se halla impreso algo que constituye la fuerza motriz de éste. Tal impetus permite al proyectil continuar su movimiento, una vez que ha dejado de actuar el motor. Es una especie de cualidad, potencia o virtud que se imprime al móvil, o mejor dicho que se impregna a consecuencia de su asociación con el motor. Mientras más tiempo esté sometido a la acción de este último, mayor será la cualidad que adquiera el móvil, por lo mismo, esta cualidad dejará paulatinamente de “impresionarlo”, y una vez que éste haya abandonado al motor, su movimiento cesará: el impetus es de naturaleza esencialmente perecedera. Entre los ejemplos que los partidarios del impetus nombran, está el del sonido que adquiere la campana y cuya cualidad sonora va perdiendo poco a poco. Así también está el ejemplo del hierro, que al ser calentado en el fuego, adquiere la cualidad del calor —hablando en términos aristotélicos— y que al ser retirado de la fuente que le proporciona dicha cualidad, poco a poco la va perdiendo.
Esta teoría —utilizada en el siglo xvi por Jean Buridan, miembro importante de la escuela nominalista de París— es ampliada y profundizada por su discípulo, Nicolás de Oresme, quien critica la refutación que Aristóteles hace de la teoría de Heráclides, la cual explicaba el movimiento diario de las estrellas mediante la rotación de una Tierra central. Oresme no cree en la rotación de la Tierra, solamente señala que ningún argumento lógico, físico, o incluso bíblico, puede refutar la posibilidad de una Tierra en rotación. Aquí tenemos el principio de la relatividad óptica que jugó un papel importante en las obras de Copérnico y Galileo.
Al final del siglo xiv una versión de la teoría del impetus, similar a la expuesta por Buridan, había reemplazado a la defectuosa explicación aristotélica del lanzamiento de proyectiles en prácticamente todas las obras científicas medievales. Así se enseñaba en Padua cuando Copérnico frecuentó esta universidad, y Galileo la aprendió en Pisa de su maestro Bonamico. También en Inglaterra, en el Merton College de Oxford, con base en la teoría del impetus, se desarrollaron alternativas para la explicación del movimiento.
Un predecesor muy importante de Galileo es Benedetti quien, en el siglo xiv, criticaba fuertemente la teoría aristotélica del lanzamiento de proyectiles. Benedetti continuó los estudios de los nominalistas parisinos e introdujo elementos de la matemática e hidrostática arquimediana, así como los conceptos de peso relativo y peso absoluto. Además planteó que el movimiento en el vacío sí era posible, contradiciendo con ello las enseñanzas de Aristóteles.
Todas las teorías y explicaciones alternativas sobre el movimiento surgieron de los restos del pensamiento aristotélico, desgarrado por la crítica escolástica, y representaron el marco que posibilitó el desarrollo conceptual en los siglos xvi y xvii.
Johannes Kepler
En Kepler se reúnen la innovación de Copérnico y una nueva actitud epistemológica ante los datos observacionales. Ésta la aprendió de Tycho Brahe y lo obligó a ajustar con todo detalle la teoría con los hechos, teniendo como resultado la formulación de sus tres famosas leyes, que serían las primeras leyes de la naturaleza en el sentido moderno. Kepler da el salto para atravesar la frontera entre la especulación metafísica del Medioevo y la ciencia empírica moderna, y fue su introducción de la causalidad física en la geometría formal de los cielos la que lo convirtió en el primer constructor de leyes de la naturaleza, lo cual hizo que le resultara imposible ignorar las pequeñas discrepancias entre los datos de la observación y la teoría. Mientras que la cosmología estuvo regida por meras reglas geométricas, independientemente de las causas físicas, las diferencias entre teoría y datos podían ser superadas al insertar otra rueda dentro del sistema, sin embargo, en un Universo movido por fuerzas reales, eso ya no era posible.
Kepler, al estudiar el movimiento de Marte, primero enfrentó el problema por los caminos tradicionales, pero tras su fracaso empezó a abandonar antiguas creencias sobre la naturaleza del Universo, para así, poco a poco, construir una nueva ciencia. Hizo varias innovaciones revolucionarias que lo llevarían a enfrentar el problema; una de éstas fue el cambio del centro del sistema con relación al Sol.
Los periodos de los planetas se conocían con bastante precisión desde la Antigüedad. En números redondos, Mercurio tiene un periodo de tres meses, Venus de siete meses y medio, la Tierra de un año, Marte de dos años, Júpiter de doce y Saturno de treinta. A mayor distancia del Sol, mayor tiempo se requiere para completar una revolución en torno a él; esto en términos generales, pero se necesitaba una relación matemática exacta. Así, Saturno se halla dos veces más lejos del Sol que Júpiter, por tanto requeriría dos veces más tiempo para recorrer una órbita del doble de longitud que la de Júpiter, esto es, veinticuatro años; no obstante, requiere treinta años. Lo primero sería cierto si la velocidad del planeta a lo largo de su órbita fuera siempre la misma e igual a la de todos, pero a medida que el planeta se aleja del Sol, su movimiento se torna más lento. Antes que Kepler nadie se había hecho la pregunta del porqué esto era así. La respuesta del astrónomo alemán fue que debía existir una fuerza que emana del Sol y que es la causa de que los planetas se muevan en sus órbitas. Por primera vez desde la Antigüedad, se hacía un intento no sólo por describir los movimientos celestes en términos geométricos, sino de asignarles una causa física.
Recordemos que el centro del sistema de Copérnico no era el Sol, sino el centro de la órbita de la Tierra, y que Kepler, desde un principio, había objetado tal suposición, considerándola físicamente absurda; puesto que la fuerza que movía los planetas emanaba del Sol, el conjunto del sistema tenía que hallarse en el centro del propio cuerpo de éste. Pero no es así, el Sol no ocupa el centro exacto de la órbita de la Tierra, sino uno de los focos de la elipse. Kepler aún no sabía esto último, creía que la órbita era un círculo. En consecuencia formuló la pregunta de que si la fuerza que mueve los planetas procede del Sol, ¿por qué insisten en girar en torno al centro de la órbita? A lo que respondió suponiendo que cada planeta estaba sujeto a dos influencias conflictivas: la fuerza del Sol y una segunda fuerza localizada en el propio planeta, y esta competencia ocasionaba que unas veces se acercara al Sol y otras se alejara de él.
Estas dos fuerzas son, como sabemos, la gravedad y la inercia, pero nunca llegó a formular tales conceptos; sin embargo, preparó el camino para Newton. Kepler mismo acuñó el término de “inercia”, pero la noción kepleriana aún está lejos del principio de la inercia. Para él ésta era la tendencia al reposo de todos los cuerpos en movimiento: sigue manteniendo a este último como un proceso, y al reposo como un estado.
Galileo conocía muy bien la obra aristotélica, y en general la de los clásicos, desde Platón hasta Benedetti, pasando por Ptolomeo y muy probablemente por los nominalistas parisinos y mertonianos, dada la difusión de las ideas de estos últimos. En sus primeras obras destaca su interés por los matemáticos griegos, Euclides y, muy especialmente, Arquímedes, y es a partir de aquí donde comienza su crítica a la teoría del movimiento de Aristóteles. En su obra De motu desarrolla esta crítica desde un marco clásico y medieval, desde el punto de vista de la fuerza impresa o impetus. Sin embargo, este concepto, ¿implica la formulación del principio de la inercia? Para Galileo el impetus es de carácter esencialmente perecedero, pues el movimiento eterno es imposible y absurdo, ya que es consecuencia de la fuerza impresa que se agota al producirlo. Él desarrolla la teoría del impetus y sabe —pues ha leído a Benedetti— de la necesidad de la detención del movimiento: la física del impetus es incompatible con el principio de la inercia.
El fenómeno de la caída de los cuerpos ocupó siempre la atención de los estudiosos del movimiento. Para Galileo, la caída de un cuerpo se efectúa debido a una fuerza constante: su peso; por tanto, ésta no puede tener otra velocidad que la constante. La velocidad no está determinada por algo exterior al cuerpo, sino que es algo inherente y propio del objeto. Así, a un cuerpo con mayor peso le corresponde una mayor velocidad, y a un cuerpo de menor peso le corresponde una menor velocidad. De esta manera, señala en De motu, la velocidad de caída de un cuerpo es proporcional a su peso y de un valor constante para cada uno.
Sin embargo, Galileo estaba obligado a reconocer que una piedra que cae lo hace cada vez más rápido, y esta aceleración sólo ocurre hasta que el cuerpo adquiere su velocidad característica; a partir de este momento su movimiento se efectúa con una velocidad constante. Y esta velocidad está en función del peso, pero no del peso absoluto sino del peso específico de los cuerpos. Un pedazo de plomo caerá más rápido que uno de madera, y dos pedazos de plomo caerán con igual velocidad. Más aún, Galileo —siguiendo a Benedetti— introdujo en su física que no se trata del peso específico absoluto de los cuerpos, sino de su peso específico relativo.
La velocidad de caída de los cuerpos, entonces, no está definida por su peso absoluto, sino por el específico y relativo. Estas precisiones permitieron a Galileo trascender el aristotelismo y la dinámica del impetus, al hacer la sustitución de la contraposición de cualidades (levedad y gravedad) por una escala cuantitativa, y este método cuantitativo le fue proporcionado por la hidrostática arquimediana: un trozo de madera, que cae en el aire, se elevará si es colocado en el fondo del agua. De esta manera, la fuerza (y la velocidad) con la cual desciende o sube un objeto, está en proporción a la diferencia entre el peso específico del objeto y el peso de un volumen del medio que es desalojado por el mismo. De lo anterior, concluye que no hay cuerpos leves, todos son pesados. En la física galileana, el fenómeno de la caída representa un papel de primer orden.
A partir de aquí, Galileo comenzó a construir la nueva física, donde el único movimiento natural que reconoce es el de los cuerpos pesados que son atraídos hacia abajo. La distinción entre el peso absoluto y relativo, y la repetida afirmación de que la velocidad de caída de un cuerpo está en función de su peso relativo en un medio determinado (y no de su peso absoluto), conduce a la inevitable conclusión de que es en el vacío, y sólo en él, donde los cuerpos tienen un peso absoluto y caen a una velocidad propia. A partir de este momento el movimiento ya no será un proceso, como en la física de Aristóteles, sino que comienza a ser algo propio del móvil, y ya no requerirá algo externo para prolongarse. Poco a poco se va geometrizando el espacio, y la consideración de que la velocidad de un móvil en el vacío no se hace infinita al desaparecer la resistencia del aire (y en general toda resistencia), parece “sugerirle” que debe trabajar en un plano absolutamente liso, una esfera totalmente esférica, etcétera. Y es a estos objetos a los que se les puede aplicar el principio de la inercia, al cual se llegará solamente hasta que el cosmos sea completamente sustituido por el espacio euclidiano y los cuerpos físicos por los objetos geométricos. Sólo así el espacio dejará de tener efecto sobre el movimiento de los cuerpos, de ser un proceso para convertirse en un estado con el mismo estatus ontológico que el reposo. Y de esta manera no será necesario buscar una causa que mantenga indefinidamente al movimiento. Mientras que para Aristóteles el vacío es imposible, para Galileo sí lo es y, además, sólo en el vacío los cuerpos caen con la misma velocidad.
Galileo realiza otra serie de experimentos en los cuales demuestra que la trayectoria seguida por un móvil después de abandonar un plano inclinado es una línea semiparabólica. Aquí considera equivalentes los movimientos de un móvil sobre el plano y el de uno en caída libre, y encuentra que el componente horizontal de la trayectoria parabólica que sigue el cuerpo, después de abandonar el plano, se conserva. Además, como buen copernicano, convencido del movimiento terrestre, intenta dar argumentos en favor de este último con su famoso experimento de la bala cayendo a lo largo del mástil de un barco en movimiento, con lo cual establece el principio de las transformaciones galileanas y que más adelante conformarán el concepto de sistemas inerciales.
En otros de los experimentos con planos inclinados, hacía rodar esferas sobre un canal, el cual tenía una primera porción descendente, luego continuaba con una parte horizontal y la tercera parte volvía a estar hacia arriba. Soltaba las esferas desde la primera y observaba hasta dónde subían en la tercera porción del canal. A continuación iba disminuyendo gradualmente la inclinación de esta última parte, y veía que las esferas lanzadas recorrían cada vez una mayor distancia. Haciendo una genial extrapolación, concluyó que si la tercera porción estuviera totalmente horizontal, la esfera conservaría su velocidad de manera indefinida.
Sin embargo, en esta revolución no le corresponde a Galileo enunciar (al menos de manera explícita) el principio de la inercia, pues no pudo deshacerse de la noción de pesantez ni de la de centro del mundo. Para él, los cuerpos físicos eran, por definición, cuerpos graves, y no pudo realizar la sustitución completa entre los cuerpos físicos y los objetos geométricos. Si privaba a los primeros de la cualidad esencial de pesantez, dejaban de existir por ese solo hecho. Por ello la física galileana es la física de los graves, ya que para Galileo el peso de un cuerpo era algo similar a lo que la masa es para nosotros en la actualidad.
En su última obra, los Discorsi, que supone al Galileo maduro, vemos cómo siguen prevaleciendo las ideas de pesantez y de centro del mundo: “Imaginemos un móvil proyectado sobre un plano horizontal del que se ha quitado el más mínimo roce; sabemos ya que en tal caso, y según lo hemos expuesto detenidamente en otro lugar, dicho movimiento se desenvolverá sobre tal plano con un movimiento uniforme y perpetuo, en el supuesto de que este plano se prolongue hasta el infinito. Si, por el contrario, nos imaginamos un plano limitado y en declive, el móvil, el cual se supone está dotado de gravedad, una vez que ha llegado al extremo del plano y continúe su marcha, añadirá al movimiento precedente, uniforme e inagotable, esa tendencia hacia abajo, debida a su propia gravedad”.
No obstante, su física está tan impregnada del principio de la inercia que sus discípulos podrán extraerlo sin ninguna dificultad y siempre atribuyéndoselo a su maestro. Pero incluso ellos (Cavalieri y Torricelli), a pesar de que lo utilizan de manera natural, jamás lo presentan como un principio fundamental de la física.
Pierre Gassendi
La obra de Gassendi está fuertemente inspirada por la de Galileo, y aquél comprendió con profundidad a este último. Siguiendo a Demócrito, a Gilbert y a Kepler, Gassendi logró deshacerse de los últimos obstáculos de la tradición y del sentido común que habían trabado el avance del pensamiento galileano, y fue el primero en publicar —si no el primero en enunciar— una formulación correcta del principio de la inercia.
Aclara ya el efecto de la pesantez como el efecto de una fuerza exterior, como una interacción con otro cuerpo, como lo es la atracción del imán sobre el hierro, que ya no es una propiedad intrínseca de los cuerpos, como lo era para Galileo.
Así pues, la gravedad no sólo es un fenómeno exterior y un componente esencial de los cuerpos físicos, es también un efecto que se puede eliminar con bastante facilidad (en la imaginación, no en la realidad). En efecto, para sustraer un cuerpo de la acción de la gravedad no hay más que situarlo suficientemente lejos. Gassendi, así como Gilbert y Kepler, imaginan que la acción de la atracción es finita. Fue preciso el genio de Newton para extender su acción hasta el infinito.
En su obra, De motu impresso a motore translato, Gassendi escribe: “Me preguntas lo que ocurriría a esa piedra que, según he admitido, puede ser concebida en los espacios vacíos si, sacada del reposo, fuera empujada por una fuerza cualquiera. Respondo que probablemente se moverá con un movimiento uniforme y sin fin […] En cuanto a la prueba, la saco de la uniformidad, ya expuesta, del movimiento horizontal; y puesto que éste no parece terminarse si no es por la admisión del movimiento vertical, se desprende que, puesto que en los espacios vacíos no habrá ninguna mezcla del [movimiento] vertical, el movimiento, en cualquier dirección que se haga, será similar al horizontal, y ni se acelerará ni se retardará y, por tanto, nunca cesará”.
En lo que se refiere al concepto de inercia, Gassendi se encuentra ya muy lejos de las vacilaciones de un Galileo y de los errores de un Kepler. La eliminación consciente de la noción de impetus, la posesión de una teoría de la pesantez y la geometrización definitiva del espacio, permiten a Gassendi traspasar las fronteras que habían detenido a estos dos grandes pensadores.
René Descartes
Pasar de Galileo a Descartes, esto es del Dialogo y los Discorsi al Mundo, es trasladarse a dos distintos escenarios en la historia de las ideas. En las obras de Galileo está presente la lucha por el establecimiento de las bases de las nuevas concepciones del mundo en contra de las tradicionales; son libros de “combate”. En cambio, en la última, ya no se discute en contra del sistema geocéntrico, el copernicanismo es la única concepción posible del mundo; ya no se rebaten las ideas tradicionales sobre el movimiento, la física aristotélica está muerta. En el Mundo, de lo que se trata es de fundar y desarrollar una nueva física, y se procede a construir a priori un mundo que tiene que obedecer a las leyes de la naturaleza. En el universo cartesiano el reemplazo del espacio físico por el espacio euclidiano y la sustitución de los cuerpos reales por los objetos geométricos están plenamente realizados; el universo cartesiano es espacio y movimiento.
La ley suprema en este universo es la ley de la persistencia. Las dos realidades del universo cartesiano, espacio y movimiento, una vez creadas, permanecen eternamente; el espacio no cambia, ni tampoco el movimiento. Más precisamente, la cantidad de movimiento no varía, permanece constante. Señala Descartes: “No me detengo a buscar la causa de sus movimientos: pues me basta pensar que han comenzado a moverse tan pronto como el mundo ha comenzado a ser. Y siendo así encuentro por mis razones que es imposible que cesen nunca sus movimientos, e incluso que cambien como no sea de objeto. Es decir, que la virtud o la potencia de moverse a sí mismo, que se encuentra en un cuerpo, puede perfectamente pasar toda o parte a otro, y así no estar ya en el primero, pero no puede ya no estar en absoluto en el mundo […] Y, sin embargo, podéis imaginar, si os parece, como hacen la mayoría de los doctos, que hay algún primer móvil que, al rodar alrededor del mundo a una velocidad incomprensible, es el origen y la fuente de todos los demás movimientos que allí se encuentran”.
Este “primer móvil” en el mundo de Descartes es muy diferente al del mundo aristotélico. Puede muy bien ser la fuente y el origen de todos los movimientos de este mundo; pero a eso limita su función, pues una vez producido el movimiento, éste ya no tiene ninguna necesidad de él. Ahora el movimiento se conserva y se mantiene solo, sin “motor”. Así pues, el movimiento cartesiano es anterior a todas las otras esencias materiales, incluso a la forma espacial; y no es en forma alguna un proceso sino una cualidad o estado.
Descartes nos señala que una de las principales reglas con las que actúa la naturaleza es “que cada parte de la materia, en particular, continúa siempre estando en un mismo estado, mientras que el encuentro con las otras no le obligue a cambiarlo. Es decir, que si esa parte tiene cierto grosor jamás se hará más pequeña si las otras no la dividen; si es redonda o cuadrada jamás cambiará de figura si las otras no la obligan a hacerlo; si está quieta en algún lugar jamás partirá de allí a menos que las otras la expulsen; y una vez que ha comenzado a moverse continuará siempre, con igual fuerza, hasta que las otras la detengan o la retarden”. Como se ve, todo cambio tiene necesidad de una causa, por eso ningún cuerpo puede cambiar y modificarse por sí mismo.
El movimiento es un estado, pero además, es una cantidad. En el mundo existe una cantidad determinada de movimiento, y cada cuerpo en movimiento posee una cantidad del mismo, perfectamente determinada. Y cuando algún cuerpo pierde cierta cantidad de su movimiento mediante algún choque o interacción con otro, este último adquirirá con exactitud la misma cantidad de movimiento que perdió el primero.
Christian Huyghens
Huyghens constituye un eslabón importante entre Galileo, Descartes y Newton. Él adopta y extiende la física galileana de la caída de los cuerpos, la independencia de los componentes del movimiento compuesto y la relatividad del movimiento. Huyghens se restringió al fenómeno de las colisiones elásticas y adoptó la concepción cartesiana de la conservación de la cantidad de movimiento. Sus investigaciones fueron reunidas en el volumen póstumo De motu corporum ex percussione, publicado en 1700, y están basadas en tres hipótesis: 1) el principio de la inercia; 2) la conservación de la cantidad de movimiento en las colisiones elásticas; y 3) la relatividad del movimiento.
En lo que respecta al principio de la inercia, su enunciado ya está muy cerca del que Newton hace en los Principia en la primera ley: “Un cuerpo en movimiento tiende a moverse en línea recta con la misma velocidad en tanto no encuentre un obstáculo”.
Este enunciado carece de la profundidad metafísica del de Descartes, pero es ya muy conciso. Sin embargo, está todavía a un paso del de Newton, pues faltan las precisiones que éste hace por medio de las nociones de fuerza impresa y fuerza ínsita (íntimamente inserta en la naturaleza).
En sus estudios sobre colisiones elásticas, se muestra francamente cartesiano y adopta el principio de conservación de la cantidad de movimiento: “Dos cuerpos iguales que están en impacto directo uno con el otro y tienen iguales y opuestas velocidades antes del impacto, rebotarán a velocidades que son, aparte del signo, las mismas”.
La tercera hipótesis asevera la relatividad del movimiento y afirma: “Las expresiones ‘movimiento de cuerpos’ y ‘velocidades iguales y desiguales’ deben ser entendidas relativamente a otros cuerpos que son considerados en reposo, no obstante, puede ser que el segundo y el primero participen en un movimiento común. Y cuando dos cuerpos chocan, aun si ambos están sujetos a un movimiento uniforme, para un observador que tenga este movimiento común, ellos se repelerán uno al otro tal y como si este movimiento parásito no existiera”. Aquí asume la relatividad galileana que más adelante permite la definición de los sistemas inerciales.
Isaac Newton
El genio de Newton realiza la gran síntesis con toda la herencia que recibe de sus predecesores. Galileo y Kepler estudiaron un conjunto particular de movimientos (caída libre, lanzamiento de proyectiles, movimiento rectilíneo uniforme y movimientos planetarios); Newton extendió su estudio a todos los movimientos en la naturaleza. Los estudios que realizó Galileo son estudios cinéticos, esto es, que se refieren solamente a la descripción del movimiento. En los estudios de Newton ya aparece la idea de fuerza como causa de los movimientos, es el inicio de la ciencia de la dinámica.
Newton construye un cuerpo organizado de teorías que nos dan una visión y comprensión general del Universo. En su obra Principios matemáticos de filosofía natural (los Principia) aparece una actitud metodológica que podríamos resumir en los siguientes puntos: 1) no suponer ninguna causa más que las necesarias para explicar los fenómenos; 2) relacionar, tan completamente como sea posible, efectos análogos a una misma causa; 3) extender a todos los cuerpos las propiedades que se encuentran asociadas con aquellos sobre los cuales se hacen experimentos (esto es lo que le permite enunciar su ley de la gravitación universal); y 4) considerar toda proposición obtenida por inducción a partir de los fenómenos observados como válida, hasta que nuevos fenómenos ocurran y contradigan la proposición o limiten su validez.
Newton toma el principio de la inercia, ya plenamente establecido en esta época, y se enfrenta al problema de hallar el sistema referencial en el cual este principio y todas las otras leyes de la mecánica sean válidas. El principio de la inercia se refiere al estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme de un cuerpo en ausencia de fuerzas que actúan sobre él. La pregunta que surge de inmediato es: ¿reposo o movimiento rectilíneo uniforme respecto a qué? La Tierra gira sobre su propio eje y alrededor del Sol, así que no puede ser respecto a ella como tampoco respecto al Sol. Además, al generalizar sus leyes a todos los cuerpos del Universo, él estaba consciente de que todos los objetos celestes se mueven bajo sus interacciones.
Probablemente éstas sean las razones que llevaron a Newton a la convicción de que un sistema de referencia empírico fijado por cuerpos materiales nunca podría ser el fundamento de una ley que involucrara la idea de inercia. De este modo, llega a la conclusión de que hay un espacio y un tiempo absolutos. La definición que realiza de espacio absoluto está muy relacionada con la geometrización del espacio real que ya había comenzado con Galileo y había sido continuada por Descartes. Las definiciones de espacio y tiempo absolutos aparecen en los Principia. La de espacio es la siguiente: “El espacio absoluto, por su naturaleza y sin relación a cualquier cosa externa, siempre permanecerá igual e inmóvil; el relativo es cualquier cantidad o dimensión variable de este espacio, que se define por nuestros sentidos según su situación respecto a los cuerpos, espacio que el vulgo toma por el espacio inmóvil […] Y así, usamos de los lugares y movimientos relativos en lugar de los absolutos y con toda tranquilidad en las cosas humanas: para la Filosofía, en cambio, es preciso abstraer de los sentidos, y considerar las cosas por ellas mismas, lo cual es distinto de lo que son las medidas sensibles de ellos. Por esto es que puede ser que no haya cuerpo realmente en reposo al cual los lugares y movimientos de otros puede ser referido”.
Newton plantea sus leyes del movimiento al interior de tales conceptos. Y estas leyes se referirán a los conceptos absolutos de tiempo y espacio, puesto que “las causas por las cuales los movimientos verdaderos y los relativos deben distinguirse unos de otros, son las fuerzas que se deben imprimir a los cuerpos para generar movimiento. El movimiento verdadero ni se genera ni se altera excepto cuando al cuerpo en movimiento se le imprime una fuerza; pero el movimiento relativo puede ser generado sin que se imprima ninguna fuerza sobre el cuerpo”. La definición de marco de referencia inercial viene dada con estas palabras en el concepto de espacio absoluto.
La razón por la cual Newton asume el espacio y el tiempo absolutos, es porque sin ellos la ley de la inercia carecía de sentido. Pero surge la cuestión de qué tanto esos conceptos merecen el término de “reales”, en el sentido que usamos en física. Un lugar fijo en el espacio absoluto de Newton no tiene realidad física. Para llegar a una formulación definida se introduce el concepto de sistema inercial, el cual es considerado como un sistema de referencia donde vale la ley de la inercia. Para esto se recurre al principio de relatividad utilizado por Galileo, el cual señala en esencia que las leyes de la mecánica tienen exactamente la misma expresión, ya sea desde un sistema de referencia con movimiento rectilíneo y uniforme o desde uno en reposo en el espacio.
La importancia de este principio radica en el hecho de que está relacionado directamente con la noción de espacio absoluto planteada por Newton. Si se consideran dos sistemas que se mueven uno con respecto al otro a velocidad constante, ¿qué sentido tiene preguntar cuál es el que está en reposo y cuál es el que se mueve? Pero, en cambio, la cuestión es que si en alguno de ellos “el movimiento verdadero ni se genera ni se altera excepto cuando al cuerpo en movimiento se le imprime una fuerza”, en el otro ocurrirá lo mismo. Esto es, los dos sistemas son inerciales y podemos ver que no es necesaria la existencia de un sistema en reposo absoluto al cual referir todos los movimientos, sino que existe una infinidad de sistemas inerciales, todos ellos efectuando un movimiento de traslación, uno con respecto al otro, y en los cuales valen las leyes de la mecánica. De esta manera, al caracterizar a los sistemas inerciales, ya no es necesario el concepto de espacio absoluto.
Es en este contexto de conceptualización donde Newton enuncia sus leyes del movimiento: las tres leyes de la dinámica y su ley de la gravitación universal. Y es en ellas donde sintetiza una concepción general del Universo, con lo que culmina una revolución en el pensamiento que se había iniciado casi ciento cincuenta años atrás.
Primera ley. “Todos los cuerpos continúan en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta excepto en la medida de que sean obligados a cambiar dichos estados por fuerzas impresas sobre ellos”.
Segunda ley. “El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza impresa y se produce en la dirección de la línea recta en la cual se ha impreso la fuerza”.
Tercera ley. “Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria, o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas”.
Las dos primeras leyes establecen las interrelaciones cuantitativas de espacio, tiempo, materia y movimiento. La tercera ley viene a dar una coherencia definitiva a las dos primeras, estableciendo la idea de interacciones mutuas de los cuerpos materiales. Establece una unidad del mundo material al atribuir una acción recíproca entre los cuerpos materiales que provoca sus diferentes estados de movimiento, desechando la concepción del mundo como una simple suma de objetos y fenómenos dispersos y desligados entre sí.
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Agradecimientos
Al Dr. Juan Manuel Lozano Mejía por la observación sobre la importancia de Christian Huyghens en el desarrollo del principio de la inercia.
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Referencias bibliográficas
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Galilei, G. 1638. Consideraciones y demostraciones sobre dos nuevas ciencias. Editora Nacional, Madrid, 1981.
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Koyré, A. 1981. Estudios galileanos. Siglo XXI, México.
Newton, I. 1687. Principios matemáticos de filosofía natural. Alianza Editorial, Madrid, 1987. |
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El concepto de escala y la teoría de las jerarquías en ecología
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La aplicación del concepto de heterogeneidad presupone que el funcionamiento de la naturaleza está explicado por procesos que se llevan a cabo en diferentes escalas espacio-temporales, esto es que los procesos ecológicos son dependientes de la escala.
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Leopoldo Galicia Sarmiento y Alba Esmeralda
Zarco Arista
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Hasta ahora, la aproximación al conocimiento de la naturaleza ha sido posible al utilizar el método científico tradicional (hipotético-deductivo), en el cual los fenómenos de la naturaleza han sido conceptualizados como sistemas simples y aislados, y cuya finalidad ha sido el ofrecer una explicación causal (determinista) y mecanicista de los fenómenos que ocurren en ella. El método hipotético-deductivo incorpora pocas variables, considerando que ellas están en equilibrio y que son estáticas y homogéneas tanto en el espacio como en el tiempo, es decir, unicausales, unidireccionales y lineales. Además, la escala de espacio y de tiempo que incorpora es muy pequeña, por tanto, en la búsqueda de explicaciones y predicciones de los patrones de la naturaleza, dicho método tiene un bajo poder de generalización. El fin último de este enfoque es establecer que el entendimiento de cada una de las partes que conforman a la naturaleza ofrece la comprensión de la misma como un todo. En esta concepción reduccionista no sólo existe una disminución en el número de factores que explican los patrones, sino también en la posibilidad de ofrecer explicaciones alternas, con lo cual se busca explicar el componente como resultado de su comportamiento intrínseco, es decir, sin tomar en cuenta su entorno.
La ciencia ecológica no ha sido la excepción al adoptar el método científico tradicional, por lo que en la búsqueda de generalizaciones y predicciones ha concebido una naturaleza en equilibrio, estática y homogénea. Los procesos ecológicos que la explican se conciben por tanto como fenómenos simples, unidireccionales, unicausales y con respuestas lineales. Los estudios mecanicistas han ayudado a entender las relaciones causa-efecto de algunos procesos ecológicos; sin embargo, no ha sido posible explicar los patrones ecológicos en la naturaleza por medio de la extrapolación de los resultados de laboratorio y de campo en pequeña escala. Esta limitante se debe a que en la naturaleza existe una gran heterogeneidad espacial y temporal que hace difícil extrapolar datos que se generan en condiciones homogéneas, es decir, que no se han logrado explicar los mecanismos que producen los patrones de distribución de especies en áreas geográficas grandes. La aplicación del concepto de heterogeneidad presupone que el funcionamiento de la naturaleza está explicado por procesos que se llevan a cabo en diferentes escalas espacio-temporales, que los procesos ecológicos son dependientes de la escala. Sin embargo, la importancia del concepto de escala no se ha generalizado en los diferentes niveles de organización ecológica, aun cuando se ha mencionado que el estudio de la heterogeneidad espacial es fundamental para la investigación en la naturaleza.
El concepto de escala puede definirse como la dimensión espacial y temporal que se requiere para un cambio en la tasa a la cual ocurren los procesos y en la importancia relativa de los factores que explican dichos procesos. La definición de escala implica heterogeneidad; conforme la ventana de observación de espacio o de tiempo aumenta, cambia la importancia de los organismos, sus características y los parámetros ambientales. Por tanto, la incorporación del análisis espacial puede ayudar a identificar la heterogeneidad en diferentes escalas espaciales y temporales sobre las cuales operan los procesos que explican los patrones en amplias áreas geográficas. Los estudios de procesos ecológicos en el laboratorio o el campo, en pequeña escala espacio-temporal, no son considerados dependientes de la misma, es decir, muchas veces los procesos que generan cambios importantes en el patrón ocurren lentamente y requieren amplias escalas geográficas y largos períodos de observación. Como menciona Levin, el estudio de la escala requiere el análisis del cambio y la variabilidad de los patrones de acuerdo con la escala de descripción.
Otro elemento conceptual importante en este trabajo es el de la teoría de las jerarquías, la cual considera a los sistemas ecológicos como sistemas complejos, es decir, que postula la existencia de una relación entre la entidad (el objeto de estudio en cuestión) y su contexto (las interrelaciones con su matriz), por lo que cada nivel jerárquico posee un grupo de relaciones diferentes. La importancia de este concepto es que nos ayuda a entender las diferentes tasas a las que ocurren los procesos ecológicos. Los fenómenos que se estudian en pequeñas escalas espacio-temporales no son muy predecibles porque los sistemas biológicos son poco persistentes y muy variables, lo cual se debe al límite y a la baja extensión espacio-temporal de los datos. La escala de observación también cambia el número de variables involucradas. A escalas pequeñas existe un gran número de variables que explican un proceso, por tanto, los fenómenos que ocurren en éstas tienen gran variabilidad y poca generalidad. Por el contrario, en grandes escalas, pocas variables explican los procesos, por lo cual se incrementa la predictibilidad.
En diferentes trabajos se ha establecido que los sistemas ecológicos poseen heterogeneidad y están estructurados jerárquicamente. Por lo mismo, el desarrollo de la teoría ecológica debe incorporar la descripción y la cuantificación de la variabilidad espacial y los diferentes niveles jerárquicos que explican los patrones ecológicos. Levin señala: “Todos los sistemas ecológicos presentan heterogeneidad y formación de parches en grandes escalas espaciales y temporales”. Estas características son fundamentales para entender la dinámica de las poblaciones, la estabilidad y organización de las comunidades y el reciclaje de elementos en los ecosistemas. Sin embargo, no se ha producido la información relevante en diferentes escalas para explicar los patrones del comportamiento de las poblaciones, la estructura de las comunidades y la de los ecosistemas, así como su funcionamiento.
La ecología de las poblaciones
Tradicionalmente, los modelos de crecimiento poblacional suponen que el espacio y el tiempo son homogéneos. El problema principal de este enfoque es que no considera que los parámetros demográficos como la natalidad, la mortalidad y la sobrevivencia dependen de la heterogeneidad espacial; por tanto, no pueden explicar los patrones de la distribución y dinámica de las especies en amplias escalas geográficas. Por otro lado, en la ecología de poblaciones, la incorporación del concepto de heterogeneidad espacial no ha sido la excepción.
Un tema reciente relacionado con este nivel de organización ha sido el papel de la heterogeneidad espacial en la reducción de las tasas de extinción de las poblaciones. Los modelos que toman en cuenta el espacio son: a) los de reacción-difusión, b) los de parches, y c) los de estados discretos basados en sistemas individuales. Estos modelos se basan únicamente en cómo los organismos responden a esa heterogeneidad, pero se vuelve a considerar que el crecimiento, la reproducción y la sobrevivencia ocurren en la misma escala temporal, a pesar de que es claro que éstas operan en distintas escalas temporales. Asimismo, se considera que los parámetros demográficos son producto únicamente del comportamiento de los organismos que componen la población; es decir, que los factores denso-dependientes son más importantes que los factores denso-independientes. Sin embargo, se ha reportado que los parámetros independientes de la densidad operan en escalas espacio-temporales que están por encima de la población y que son los más importantes para regular la dinámica poblacional. Un primer esfuerzo por incorporar la escala que determina la dinámica de las poblaciones ha sido llevado a cabo con el enfoque de metapoblaciones, en el cual se supone que los parches individuales tienen tasas de extinción altas, pero que la alternativa de colonizar más parches reduce la posibilidad de la extinción de las poblaciones. En este ejemplo ha sido importante la inclusión del enfoque de la teoría de la jerarquía para decidir a qué escala operan los procesos que mantienen dicha dinámica, por lo que es posible: a) entender la importancia relativa de todos los procesos (dependientes e independientes de la densidad), así como su variación en el tiempo; b) generar modelos poblacionales que posean una aproximación más real y mejorar la precisión de los modelos de proyección poblacional; y c) la incorporación de la teoría de jerarquías con el fin de observar a las poblaciones como un sistema jerárquico (recurso-población-comunidad). En dicho sistema podemos entender si la dinámica de la población está regulada por un nivel inferior, como la disponibilidad y heterogeneidad de recursos, o por un nivel superior, como la comunidad (interacciones al interior de la especie).
La ecología de las comunidades
Los comportamientos de las interacciones de dos especies han incorporado el papel de la heterogeneidad espacial. Los modelos que han sido utilizados para incluir el espacio han sido de reacción-difusión y de autómatas celulares. Estos trabajos concluyen que la heterogeneidad espacial es indispensable para la coexistencia de especies. En los trabajos en el ámbito de la comunidad, la integración de la heterogeneidad espacio-temporal y la escala han documentado el cambio de los factores que explican los procesos que mantienen la estructura de las comunidades. Por ejemplo, con el cambio de la ventana de observación espacio-temporal las interacciones de las especies pueden cambiar de intensidad e inclusive de dirección. Los recursos (agua, nutrimentos, luz) son heterogéneos, y dependiendo de la escala podemos observarlos formando parches o continuos. Asimismo, la variabilidad de éstos desempeña un papel clave en la variación espacial de la estructura de las comunidades.
El problema científico de la ecología de comunidades tiene que ver con las fuerzas que las estructuran y con la predicción de los cambios en el número de las especies de las mismas. Por tanto, tiene una amplia relación con la variabilidad. Muchos de los mecanismos por los cuales las especies coexisten son dependientes de la heterogeneidad ambiental en espacio o tiempo, o en el caso de perturbaciones de ambas heterogeneidades. Sin embargo, ésta no sólo existe en la distribución de los recursos, sino que hay una amplia heterogeneidad biótica (densidad y composición de las especies), en particular en los parámetros demográficos (sobrevivencia, crecimiento y fecundidad), los cuales varían en el espacio dando lugar a cambios en la estructura de la comunidad.
Las perturbaciones tienen un efecto estabilizador sobre la limitación de recursos, ya que éstas pueden: a) eliminar a los individuos competitivamente dominantes y reducir la exclusión competitiva; y b) generar una alta disponibilidad de recursos que permita que las especies de rápido crecimiento puedan coexistir.
Al incluir la teoría de las jerarquías y el concepto de escala se pueden conocer los cambios en la disponibilidad de recursos —integrando diferentes escalas espacio-temporales— y la manera en la que influyen sobre la coexistencia de especies en amplias áreas geográficas; también permiten comprender la interacción de la variabilidad de las características ambientales y los cambios en la estructura de la comunidad.
La ecología de los ecosistemas
La ecología de los ecosistemas ha sido uno de los enfoques que mayor atención ha puesto en la heterogeneidad espacial y temporal. En los estudios a nivel de ecosistema se ha observado que los procesos que explican la productividad, los balances de agua, los patrones de descomposición y la biogeoquímica, son procesos dependientes de la escala. Así, a escala local, la productividad es explicada por la precipitación y por la capacidad de retención de agua en el suelo, pero que, a escalas mayores, lo es por el patrón regional de la precipitación.
Holling menciona que la dinámica y estructura de los ecosistemas son explicadas por fenómenos que ocurren en diferentes escalas espacio-temporales, y establece que los procesos de la vegetación se explican en pequeña escala por el crecimiento de las plantas, por su estructura y por la del suelo, a mediana escala por los procesos de perturbación (fuego, plagas de insectos y los huracanes), y a macro escala son los procesos geomorfológicos los que mantienen la estructura de los ecosistemas. Asimismo, él propone que se debe buscar información que se pueda cruzar entre escalas para determinar la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas. Aunque la heterogeneidad espacial de muchos procesos en los ecosistemas es desconocida, los resultados de los sitios específicos no pueden extrapolarse a escalas regionales.
Una propuesta interesante sería entender cómo los procesos que ocurren en escalas pequeñas influyen sobre la estructura y funcionamiento de los ecosistemas, es decir, cómo pequeños procesos tienen grandes implicaciones en la dinámica de éstos. Otro aspecto de interés es concebir la entrada de energía y materia a los ecosistemas como fenómenos aleatorios y estocásticos (i.e. la entrada de precipitación a los ecosistemas). Esto tiene profundas consecuencias en el comportamiento de los ecosistemas; por ejemplo, la dinámica de los flujos se presenta en pulsos (actividad microbiana y liberación de nutrimentos al suelo). Lo anterior pone de manifiesto que si los ecosistemas se abordan con los parámetros anteriores, se puede ofrecer una visión novedosa acerca de la complejidad de la naturaleza.
Heterogeneidad espacial estadística
Como se mencionó previamente, uno de los aspectos que ha adquirido relevancia en la teoría ecológica es el reconocimiento de la variabilidad, la cual refleja la heterogeneidad espacial y temporal de los sistemas ecológicos. El problema de concebir a la naturaleza de manera simplificada y homogénea se manifiesta en la forma de abordarla analíticamente. Con anterioridad, en los trabajos ecológicos la variabilidad era considerada como ruido en la interpretación estadística de los datos, ya que éstos se analizan bajo los supuestos de que existe homogeneidad de varianza, independencia, etcétera. En realidad, lo que se ha considerado como ruido se debe a que en los sistemas ecológicos la heterogeneidad es inherente al sistema, por lo cual éstos no pueden cumplir con los requisitos de replicación, homogeneidad de varianzas, independencia, etcétera.
El concepto de heterogeneidad ha sido usado indistintamente en las áreas de ecología y estadística, y es interpretado de diferente manera en ambas disciplinas. Los ecólogos la definen como la variación espacial en la composición de especies, la disponibilidad de recursos, etcétera, es decir, que identifica cambios en los valores de un parámetro cuantitativo o cualitativo. Por el contrario, en estadística la heterogeneidad se refiere a que los datos no presentan una distribución normal e independiente, por tanto, no se refiere a la heterogeneidad espacial de los patrones en la naturaleza.
Es importante comprender la variabilidad asociada a la heterogeneidad espacial en diferentes formas y combinaciones. Asimismo, no se debe perder de vista que los componentes de los diseños experimentales son deterministas (en pequeñas escalas espacio-temporales), pero se ignora si puedan existir componentes estocásticos y caóticos. Los componentes deterministas pierden importancia en estudios de grandes escalas espaciales porque en éstas las interacciones son más importantes que las relaciones causa-efecto.
Alternativas al método científico
Considerando lo anterior, permanece el reto de comprender a la naturaleza como un sistema complejo, multidireccional, multicausal, sin equilibrio, dinámico y con respuestas no lineales. Es decir, hace falta incorporar la heterogeneidad biológica y ambiental en diferentes niveles tróficos de manera simultánea para entender las fuerzas que regulan la organización de los sistemas ecológicos. La forma de llevarlo a cabo es integrando el concepto de escala espacial y temporal y la teoría de jerarquías en la descripción de los patrones ecológicos en la naturaleza. Entender los fenómenos ecológicos de cada uno de los niveles de organización como un sistema complejo (componentes y contexto), es un reto para el cuerpo conceptual en la ecología. Bajo estas condiciones, la aproximación experimental tiene que llevar a cabo experimentos que consideren: a) sistemas de muchas especies, b) recursos múltiples limitantes, c) la incorporación de diferentes niveles tróficos, d) experimentos en grandes áreas geográficas, y e) estudios de largo plazo. Esto puede ser interesante para entender la dinámica de poblaciones y la estructura de las comunidades.
Una alternativa más es concebir a los patrones ecológicos de las poblaciones, los ecosistemas y las comunidades como sistemas autoorganizables con dinámica de parches y con equilibrios múltiples y estables. Esto puede ser posible aplicando la teoría general de sistemas y la teoría del caos para entender la variabilidad espacio-temporal y las escalas de resolución.
La ecología necesita la implementación de técnicas estadísticas que incluyan en sus hipótesis e interpretaciones la heterogeneidad espacial, técnicas como los índices para patrones de punto, variogramas, análisis de varianza dependiente de la escala y correlogramas para patrones de superficie. Asimismo, hace falta la incorporación de los índices fractales para determinar las tasas de cambio de los procesos en el espacio. Por otro lado, la inclusión de la teoría del caos es importante porque ésta puede ayudarnos a determinar analíticamente si los patrones en la naturaleza son periódicos, caóticos o aleatorios, así como la escala temporal a la cual ocurren los procesos.
El reto de la complejidad
En la información revisada en la literatura ecológica la descripción de la heterogeneidad espacial es vista sólo como una entidad estática. La variabilidad espacial y temporal ha sido descrita como una entidad más, es decir, sólo afecta a los organismos y a su forma de responder a esa heterogeneidad espacial; sin embargo, poco se ha dicho sobre cómo el cambio de escala y la heterogeneidad pueden influir en las conclusiones que se obtienen en un nivel jerárquico aislado. Por tanto, es necesario crear modelos con diferentes niveles de complejidad, es decir, entender los patrones ecológicos, integrando diferentes niveles de organización y, sobre todo, generando información a la escala adecuada para discernir la importancia de los procesos que explican los patrones en la naturaleza.
Como se mencionó anteriormente, uno de los retos es la integración de los diferentes enfoques en la ecología. Este tipo de visión comienza a utilizarse al enlazar procesos funcionales entre el nivel de poblaciones y el de ecosistemas, como las relaciones entre la actividad fisiológica de los individuos (fotosíntesis, uso eficiente de agua y nutrimentos) y la estructura de los ecosistemas. Asimismo, sería conveniente combinar parámetros de la estructura de la población (tamaño de los individuos, tasa de crecimiento) con la productividad del ecosistema. Otro ejemplo son los estudios que incluyen las relaciones entre comunidades y ecosistemas, como el papel de la diversidad de especies sobre el funcionamiento del ecosistema.
Los cambios y las perturbaciones dentro de los sistemas ecológicos son atribuidos a propiedades de las entidades, pero no a cambios en el contexto. La organización de los sistemas ecológicos posee características como la estructura, el funcionamiento y la complejidad, y éstas cambian por influencia de fuerzas internas y externas.
Tal vez en la teoría ecológica lo más interesante sea estudiar la amplitud y periodicidad
de las fluctuaciones ecológicas y los patrones de variación acorde con la dinámica
espacio-temporal.
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Agradecimientos
Queremos agradecer al Dr. Jorge Meave del Castillo por su valiosa revisión del trabajo.
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Referencias bibliográficas
Allen, T. F. H. y T. W Hoekstra. 1992. Toward a Unified Ecology. Columbia. University Press, Nueva York.
Dutilleul, P. y P. Legendre. 1993. “Spatial Heterogeneity against Heteroscedasticity: an Ecological Paradigm versus a Statistical Concept”, en Oikos, núm. 66, pp.152-171.
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Turner, M. G. 1989. “Landscape ecology: The Effect of Pattern on Process”, en Ann. Rev. Ecol. Syst., núm. 20, pp. 171-197.
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Instituto de Geografía
Universidad Nacional Autónoma de México.
Alba Esmeralda Zarco Arista
Instituto de Ecología,
Universidad Nacional Autónoma de México.
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como citar este artículo → Galicia Sarmiento, Leopoldo y Zarco Arista, Alba E. (2002). El concepto de escala y la teoría de las jerarquías en ecología. Ciencias 67, julio-septiembre, 34-40. [En línea] |
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