En el sitio de Internet: Midiendo la Biodiversidad en América del Norte Robert Costello

Años Escolares 9 – 12

Se Cumple con los Estándares Educativos Nacionales de Ciencias – Ver Apéndice A

I. Introducción

Biodiversidad es un término de la ciencia que se ha incorporado al vocabulario común, desde los reportajes noticiosos hasta los planes educativos sobre bosques tropicales de las escuelas secundarias. Para muchas personas, biodiversidad simplemente se refiere a la cantidad de tipos diferentes de organismos vivientes o a la riqueza de especies. Con frecuencia, a la definición entendida por todos, los científicos incluyen la abundancia de la especie o el número de individuos dentro de una especie o de una población. La definición completa agrega la diversidad genética y ecológica a los tipos de organismos vivientes. Las mediciones de biodiversidad pueden ser críticas al valorar terrenos y mares. Las evaluaciones de biodiversidad indican qué tan valiosas son las áreas en cuanto a su capacidad de albergar diferentes tipos de organismos y qué tan única es un área si se le compara con otras áreas semejantes. En este sentido, al investigar acerca de la biodiversidad se revelan dos patrones de procesos evolutivos y el valor relativo de un área sobre otra, al menos para este valor intrínseco. A propósito, los paralelos con la economía son de llamar la atención, si se piensa en entidades taxonómicas y en individuos como si fueran moneda. La Tabla 1 muestra los tres niveles de biodiversidad medidos con valores de conservación insustituibles y vulnerables. En esencia, ésta es la matriz mediante la cual se puede asignar un valor a las regiones.

Tabla 1. Relación entre biodiversidad y valores de conservación.

NIVELES DE DIVERSIDAD

Genética

Taxonómica y Filogenética

Ecológica

Insustituible

(pérdida)

C O N S E R V A C I Ó N

Vulnerabilidad

(amenazas)

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Durante este ejercicio sobre medición de la biodiversidad, los estudiantes realizarán investigaciones basadas en sus propios cuestionarios, desarrollarán una metodología, recabarán y analizarán información, comprobarán hipótesis y comunicarán los resultados. Cada ejemplo presentado es un modelo para análisis con procedimientos paso a paso a fin de investigar grupos de preguntas sobre biodiversidad y el valor inherente de las diferentes regiones en América del Norte. Metas Se espera que al concluir con la investigación acerca de la biodiversidad de los mamíferos de América del Norte, todos los estudiantes lleguen a entender lo siguiente:

• El concepto de biodiversidad y las formas de medir la diversidad de los organismos.

• El papel que juega la taxonomía al evaluar la biodiversidad. • Las asociaciones que existen entre la distribución de los organismos y el medio

ambiente. • La forma de planear y llevar a cabo una investigación.

Además, los estudiantes deberán familiarizarse con las comunidades y

ecorregiones de los mamíferos de las áreas en donde viven, con los biomas y las ecorregiones de América del Norte, así como realizar investigaciones independientes acerca de la naturaleza.

II. Comparar diferentes ecorregiones Caso que sirve de ejemplo: Biodiversidad en los Desiertos de América del Norte.

¿Acaso todos los desiertos y las regiones áridas del oeste y del suroeste son

parecidos? Ésta es una pregunta a nivel de bioma que se centra en la integridad o el equilibrio de la riqueza de especies y la composición en todo el bioma. La pregunta no lleva a comparaciones de regiones desérticas y semidesérticas con otros biomas, como pudiera ser la taiga. Esas preguntas también se pueden investigar usando métodos similares.

Existen algunas regiones desérticas y semidesérticas en el suroeste de los Estados Unidos y en el norte de México, por ejemplo: el Desierto de Sonora, el Desierto de Chihuahua y el Desierto de Mojave. Cabe preguntarse si los tres desiertos son semejantes en términos de especies y, específicamente para este ejemplo, las especies mamíferas. También se puede uno preguntar, cuál de las tres ecorregiones tiene la mayor biodiversidad y si esa ecorregión es además la más auténtica, o sea, la que tiene el mayor número de especies que no comparte con las otras ecorregiones. Abordemos la primera pregunta. ¿Comparten los tres desiertos las mismas especies de mamíferos? Es muy fácil encontrar el número de especies de mamíferos para cada desierto, si se utiliza el mapa interactivo en el sitio de Internet Mamíferos de América del Norte (http://www.mnh.si.edu/mna/). También es muy sencillo comparar las especies en las tres ecorregiones, sólo se requiere recabar y organizar la información.

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Para empezar, visite el portal Mamíferos de América del Norte en el sitio de Internet (http://www.mnh.si.edu/mna/).

Una vez que se encuentre en la página de bienvenida, entre al sitio y vaya a la página “Búsqueda por mapa”. Este es un mapa SIG o GIS (por sus siglas en inglés) capaz de buscar la ubicación de las especies de mamíferos. (Si requiere información adicional acerca del mapa, regrese al menú principal pulsando en el logo del Smithsonian que se encuentra en la esquina superior izquierda, y pulse “Acerca de los Mapas” en el marco de navegación).

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Se incluye en este paquete de biodiversidad una demostración que funciona con cualquier navegador — Instrucciones de uso (http://www.mnh.si.edu/mna/Resources/MapTutor_sp.swf) — la cual muestra, en forma dinámica, el uso del mapa SIG para esta actividad. Abra las Instrucciones de uso arrastrando y colocando el archivo en un navegador abierto, como Internet Explorer o Mozilla Firefox y funcionará automáticamente.

El mapa SIG es fácil de usar, así es que si tiene ganas de indagar y le gusta descubrir las cosas por sí mismo, sáltese la demostración y experimente con los iconos del mapa y con las capas del mapa en la columna de la derecha. Ahora ya está listo para recabar información de las tres ecorregiones. Inicie la capa de “Ecorregión” seleccionando el recuadro correspondiente, refresque el mapa y active el icono “Ampliar“ en el área de herramientas. Amplíe la región del Desierto de Mojave en la parte suroeste de los Estados Unidos.

Las ecorregiones aparecerán después de pulsar varías veces sobre el icono “Ampliar”. Indague una ecorregión activando el icono “Búsqueda de Ecorregión” – el color cambia a anaranjado – y pulse en cualquier lugar dentro de los límites del Desierto de Mojave. Obtendrá una lista con 129 especies de mamíferos en orden taxonómico. ¡Felicidades! Obtuvo su primer registro de información.

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En la Tabla 2 (información no incluida en el paquete de biodiversidad, se obtiene por separado en: http://www.mnh.si.edu/mna/Resources/Table_2_sp.doc), los datos se registran junto con las otra dos ecorregiones. La tabla organiza los datos para hacer comparaciones y para facilitar el análisis matemático. Al revisar la Tabla 2, es sencillo ver cuáles especies se presentan en más de una ecorregión y cuáles se presentan únicamente en una sola ecorregión. Esta tabla es la base para calcular las similitudes entre las ecorregiones, el coeficiente de similitud de Jaccard se utiliza con este fin.

Tabla 2

Diversidad de Mamíferos por Ecorregión Terrestre Sitio de Internet de los Mamíferos de Norte América

http://www.mnh.si.edu/mna Ecorregión Terrestre

Presencia de Especies Desierto de Mojave

*Desierto de Sonora

Desierto de Chihuahua

Riqueza de Especies 129 152 149 Coeficiente de Similitud de Jaccard 54% 38% Especies Únicas en % 3.1% 0.7% 20.8% Riesgos (CA, V, EP, EPC)** 2/5/0/2 UNGULADOS DE DEDOS PARES

Berrendo (Antilocapra americana) X Xe X Bisonte Americano (Bison bison) X X Borrego Cimarrón (Ovis canadensis) X X Xv Ciervo (Cervus elaphus) X X X

Tabla 2. Imagen parcial de la tabla. La tabla completa se descarga del Internet (vea el párrafo anterior)

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El coeficiente de similitud de Jaccard da un valor numérico a las comparaciones entre dos muestras diferentes. Para este ejemplo, dos de las tres ecorregiones en el grupo se comparan cada una con la tercera región: el Desierto de Mojave. El coeficiente de similitud de Jaccard funciona dividiendo el número de cosas (en este caso especies) comunes a las dos muestras (j) entre el número de especies no compartidas encontradas en ambas muestras (r), multiplicado por 100. El resultado es el porcentaje de similitud entre dos listas de cosas.

Coeficiente de Jaccard = j/r x 100 Muestra #1 Muestra #2 4 cosas 4 cosas

Coeficiente de Jaccard = 2/(2+2) x 100 = 2/4 x 100 = 50% Utilizando los datos de la Tabla 2, la comparación entre dos grupos es la siguiente: Desierto de Mojave comparado con: Desierto de Sonora Coeficiente de Jaccard = 54% Desierto de Chihuahua Coeficiente de Jaccard = 38%

Singularidad de las Regiones Además del coeficiente de similitud de Jaccard, el número de especies que es

único en cada región, comparado con todas las otras, arroja otra medida sobre la peculiaridad de una región. El número de especies endémicas es una forma de evaluar el factor de irremplazabilidad. La Tabla 2 se utiliza para identificar y calcular el porcentaje de especies que se presentan de forma única en una de las tres regiones, las cuales se muestran en la Tabla 3.

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Tabla 3

Singularidad en % del Total de Especies

Ecorregión

Número de Especies Únicas

Especies Únicas en Porcentaje del Total

Desierto de Mojave 4 3.1% Desierto de Sonora 11 .7% Desierto de Chihuahua 31 20.8%

Tabla 3. Singularidad en % del Total de Especies

Basado en el número total de especies, en el coeficiente de similitud de Jaccard y en el número total como en el porcentaje de especies únicas, se puede concluir que el Desierto de Chihuahua es la ecorregión más valiosa para la fauna mamífera. Esta ecorregión ocupa el segundo lugar en cuanto al total de especies y el primer lugar en el número total así como en el porcentaje de especies únicas, además muestra el menor coeficiente de similitud dentro del grupo. Esta técnica se puede usar para parques nacionales, estados o cualquier capa predefinida en el mapa. Los estados, provincias y parques se pueden indagar al pulsar sobre “Búsqueda por ubicación” en el sitio de Internet de los Mamíferos de América del Norte

III. Comparación de diferentes latitudes Caso que sirve de ejemplo: Patrones de Biodiversidad Asociados con Cambios de Latitud. En lugar de comparar áreas de cohesión ecológica, es más recomendable investigar la influencia o asociación de la latitud en los patrones de biodiversidad. Debido a que las latitudes no son áreas reales, las muestras se toman en cortes transversales. Este ejemplo utiliza una rejilla de aproximadamente 500 millas x 500 millas. Para la latitud, se toman intervalos de 7.50 abarcando de 320N a 620N. Una latitud de 7.50 representa cerca de 500 millas (en realidad 518 millas). Si se calculan los grados de longitud a 500 millas por intervalo se complican las cosas ya que los grados de longitud varían con la latitud si se mantiene una constante de 500 millas. Calcular distancias a través de las líneas longitudinales implica el conocimiento básico de la trigonometría. Si los estudiantes no han adquirido todavía las habilidades matemáticas para calcular las distancias entre latitudes y longitudes, existen varios sitios de Internet que harán el cálculo por ellos. Es importante saber que para crear una rejilla se debe contar con un método que permita tomar muestras en intervalos que sean equidistantes entre ellos. La Tabla 4 proporciona los datos de las coordenadas para una rejilla de aproximadamente 500 x 500 millas, los grados decimales se convirtieron en grados y minutos para uso en el sitio de Internet de los Mamíferos de América del Norte.

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Tabla 4

Puntos Muestra para la Rejilla de América del Norte Latitud 320 N 39030’ N 470 N 54030’ N 620 N

81030’W

80000’W

77030’W

73030’W

67030’W

90 0 00’W

89015’W

88000’W

86000’W

83000’W

98030'W

98030'W

98°30'W

98°30’W

98°30'W

1070 00'W

107045’W

109000’W

111000’W

114000’W

L o n g i t u d

115030'W

117000’W

119030’W

123030’W

129030’W

Tabla 4. Puntos Muestra para la Rejilla de América del Norte

Se utilizó la aplicación de mapeo de Google Earth©2005 para colocar indicadores

en cada una de estas ubicaciones y así tener una vista global. Los puntos están disponibles para su descarga en: (http://www.mnh.si.edu/mna/Resources/Sample_points_latitude.kmz).

Imagen de Google Earth©2005 con los Puntos Muestra. Para obtener una muestra de las especies mamíferas en cada uno de los indicadores en el mapa, se coloca la latitud y la longitud para cada punto en los recuadros correspondientes en el sitio de Internet de los Mamíferos de América del Norte. Una lista de especies se genera para cada punto y todas las especies “recolectadas” a través de la línea de latitud se combinan en una lista, como si fuera una lista de ecorregión. Si le interesa ver como se generan estos datos usando el sitio de Internet de los Mamíferos de América del Norte active, en cualquier navegador, el

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archivo animado Instrucciones para Muestreo (http://www.mnh.si.edu/mna/Resources/SamplingTutor_sp.swf). Las columnas de latitud en otra tabla de especies, la Tabla 5, corresponden a las columnas de latitud en la Tabla 4, la tabla con la rejilla de muestreo. Una sección de esta tabla se presenta a continuación. La Tabla completa se puede descargar de Internet en forma de archivo.

Tabla 5 Diversidad de Mamíferos a través de la Línea de Latitud

(Las anotaciones muestran la presencia en cualquier punto longitudinal para una latitud dada)

Presencia de Especies Latitud 320 00’ N 390 30’ N 470 00’ N 540 30’ N 620 00’ N

Riqueza de las Especies1 135 132 103 63 482

UNGULADOS DE DEDOS PARES

Berrendo (Antilocapra americana) X X X

Cabra Montés (Oreamnos americanus) X X

Borrego Cimarrón (Ovis canadensis) X X X X

Carnero de Dall (Ovis dalli) X Alce (Alces alces) X X X Ciervo (Cervus elaphus) X X

Tabla 5. Muestras en todas las Líneas de Latitud (imagen parcial; la

tabla completa se obtiene en: http://www.mnh.si.edu/mna/Resources/Table_5_sp.doc)

Así es como se genera la información: en la página de “Búsqueda por Ubicación” anote los datos de las coordenadas correspondientes al primer sitio del muestreo; digamos 32000’N, 115030’W.

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Una vez anotadas la longitud y la latitud, pulse el recuadro de “Búsqueda por Especie”. El sitio de Internet obtendrá una lista de especies para esa ubicación. Estas son las especies con áreas de distribución geográfica que se traslapan en esa ubicación. Este hecho podrá verificarse al revisar cualquiera mapa de área de distribución en las páginas de especies.

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Puede usar como plantilla la Tabla 5 (http://www.mnh.si.edu/mna/Resources/Table_5_sp.doc) o la Hoja de Trabajo en Blanco (http://www.mnh.si.edu/mna/Resources/BlankWorkSheet_sp.xls; este archivo Excel incluye las 426 especies). Para hacerlo, anote las especies de uno de los sitios en la columna de “Presencia de Especies” y coloque una “X” en la casilla para cada una de las especies del sitio en donde se tomó la muestra en el corte transversal. Para cada uno de los sitios siguientes en el mismo corte transversal, sólo agregue esas especies que todavía no están en la columna de Presencia de Especies y márquelas también. Continúe llenando la tabla con cuanto sitio quiera usar de muestra. Al hacer las comparaciones, se recomienda tener el mismo número de sitios muestra que representen a cada línea de latitud; de otra forma se pueden presentar problemas de escala y lugar que pueden llegar a alterar la investigación. Cuando todos los datos se recaben y la tabla esté completa, se podrán comparar dos grupos. El método para comparar la biodiversidad en todas las latitudes es idéntico al método que se usó para comparar la biodiversidad en todas las ecorregiones. En este caso, los estudiantes no sólo deben determinar cuál corte transversal presenta la mayor biodiversidad sino que deben también buscar tendencias y patrones de diversidad en todos los cortes transversales. Al categorizar los cortes transversales de acuerdo con sus valores generales de biodiversidad, es posible ver si existe una tendencia en el aumento de la diversidad asociada con la disminución de latitud. Poner los datos en un histograma es una buena manera de demostrar gráficamente la biodiversidad en todos los cortes transversales. Cualquier dato alejado de la tendencia detectada es una oportunidad para proseguir con la investigación. Una variable que no se mantiene constante, en este enfoque en particular, es la elevación. Los estudiantes quizá quisieran considerar la forma en que esta variable pueda afectar los resultados.

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Apéndice A

Estándares Educativos Nacionales de Ciencias* Los estándares mencionados se han incorporado a las dos actividades de enseñanza proporcionadas. Unificación del Estándar de Conceptos y Procedimientos

• Evidencia, modelos y explicación. • Cambio, constancia y medición.

Las Ciencias como Estándares de Investigación

• Experiencia necesaria para convertirse en investigadores independientes en

temas relacionados con la naturaleza. • Una apreciación de “cómo sabemos” lo que sabemos en ciencias. • Comprensión de los conceptos científicos – diversidad biológica y biogeografía.

Otros Elementos Importantes Incorporados a estas Actividades de Enseñanza

• Planeación y manejo de las investigaciones. • Uso adecuado de herramientas y técnicas para recabar datos. • Pensar de forma crítica y lógica acerca de las relaciones entre evidencia y

explicaciones. • Diversidad y adaptación de los organismos. • Enlaces para dirigir las observaciones sobre naturaleza de los estudiantes – a

las ecorregiones en donde ellos viven. • Organismos y medio ambiente. • Énfasis en el material de aprendizaje dentro del contexto de la investigación,

tecnología. • Énfasis en los grupos de estudiantes analizando y sintetizando los datos.

*Estos estándares fueron desarrollados por las Academias Nacionales, aprobados por la Junta Reguladora del Consejo de Investigación Nacional y publicados en 1995. Desde entonces han servido como guía para los estándares de ciencias en todo Estados Unidos, tanto en los sectores educativos privados como en los públicos.