Científicos norteamericanos y chilenos lograron desarrollar un modelo matemático que podrá predecir las modificaciones biológicas que deberán realizar desde microorganismos hasta grandes animales para enfrentar el cambio climático
La temperatura es esencial para todo proceso biológico. Sin importar el tamaño, todos los seres vivos dependen de ella para poder vivir e, incluso, reproducirse. En medio de un contexto de calentamiento global, donde los fenómenos climatológicos serán cada vez más extremos, es innegable que habrá consecuencias sin importar que se trate de virus, bacterias, animales, humanos o plantas.
En ese sentido, un trabajo realizado por científicos norteamericanos y chilenos, que fue publicado en la revistaProceedings of the National Academy of Sciences, dejó en evidencia cuáles serán las consecuencias que deberán enfrentar todos los seres vivos de planeta. La investigación, que fue liderada por José Ignacio Arroyo, becario postdoctoral del Instituto Santa Fe (SFI), se presenta con un marco simple que, a la vez, permitiría predecir de forma rigurosa cómo el incremento de la temperatura afectará a todos los que habitan la Tierra, sin importar el tamaño o la escala.
Pablo Marquet, profesor externo de SFI y ecologista de la Pontificia Universidad Católica de Chile, en Santiago, aseguró que este estudio “es muy fundamental”, ya que se “puede aplicar a casi todos los procesos que se ven afectados por la temperatura”. “Esperamos que sea una contribución histórica”, resaltó quien, además, asesoró a Arroyo y es miembro del equipo que trabajó en el modelo.
En palabras del docente, la teoría desentrañada por su “discípulo” colaborará con los investigadores y les permitirá realizar “predicciones precisas en una variedad de áreas, incluidas las respuestas biológicas al cambio climático, la propagación de enfermedades infecciosas y la producción de alimentos”, según señalaron en un comunicado emitido por la casa de altos estudios ubicada en Nuevo México (Estados Unidos).
Según explicó Marquet, “los intentos anteriores de generalizar los efectos de la temperatura en la biología carecieron de las implicaciones del ‘panorama general’ integrado en el nuevo modelo”. Es por eso que “los biólogos y ecólogos a menudo usan la ecuación de Arrhenius, por ejemplo, para describir cómo la temperatura afecta la velocidad de las reacciones químicas. Ese enfoque aproxima con éxito cómo la temperatura influye en algunos procesos biológicos, pero no puede explicar completamente muchos otros, incluido el metabolismo y la tasa de crecimiento”, señalaron al destacar el avance advertido gracias al modelo difundido recientemente.
Asimismo, Arroyo advirtió que, en un primer momento, se había propuesto “desarrollar un modelo matemático general para predecir el comportamiento de cualquier variable en biología”. Sin embargo, sin tiempo que perder, el científico notó que “la temperatura era una especie de predictor universal que podía guiar el desarrollo de un nuevo modelo”, es por eso que comenzó “con una teoría en química que describe la cinética de las enzimas, pero con algunas adiciones y suposiciones”, con lo cual logró extender “el modelo del nivel cuántico-molecular a escalas macroscópicas más grandes”.
Para decirlo de una forma sencilla: el investigador detectó que la temperatura es un factor universal que le permitiría predecir y establecer un modelo que, tras sumar algunos otros aspectos, podría extenderse a todos los seres vivos. “El modelo combina tres elementos que faltan en intentos anteriores. Primero, su contraparte en química, que se deriva de los primeros principios. En segundo lugar, el corazón del modelo es una ecuación única y simple con solo unos pocos parámetros (la mayoría de los modelos existentes requieren una plétora de suposiciones y parámetros). Y tercero, es universal en el sentido de que puede explicar patrones y comportamientos para cualquier microorganismo o cualquier taxón en cualquier entorno”, destacó.
“Creo que nuestra capacidad para sistematizar la respuesta a la temperatura tiene el potencial de revelar una unificación novedosa en los procesos biológicos, a fin de resolver una variedad de controversias”, explicó Chris Kempes, profesor de SFI que, junto a su colega Geoffrey West, ayudó al equipo a resolver las escalas cuánticas y, además, las clásicas.
El trabajo señaló, además, que “la teoría tiene múltiples aplicaciones potenciales, incluida la predicción de respuestas al calentamiento global, el rendimiento de los procesos industriales y los brotes epidémicos”, los cuales se alinearon “con observaciones empíricas de diversos fenómenos, incluida la tasa metabólica de un insecto, la germinación relativa de la alfalfa, la tasa de crecimiento de una bacteria y la tasa de mortalidad de una mosca de la fruta”.
“Esta teoría proporciona un marco simple para comprender y predecir el impacto de la temperatura basándose en los primeros principios de la termodinámica y uniendo las escalas cuánticas con las clásicas”, advirtió el documento. Mientras que Arroyo adelantó que el grupo de expertos buscará “derivar nuevas predicciones de este modelo”.
