Presentation of an existant GIS model in Ramnicu Valcea, used by the drinking water and wastewater company

Carlos Eduardo Giraldo

Ingeniero Agrónomo, M.Sc. Candidato a doctor en Biología-Universidad de Antioquia [email protected]

La diversidad biológica es definida por la WWF (2014) como el término dado a la variedad de la vida en la tierra, dentro y entre las especies de plantas, animales y microorganismos y de los ecosistemas dentro de los cuales ellos viven e interactúan. No obstante, después de la convención de Río en 1992, los “números” que reflejaban la riqueza de especies de una nación parecieron convertirse en el objetivo central hacia el cual se destinaron la mayor parte de los recursos que las naciones invirtieron para el estudio de la biodiversidad en sus territorios. Mora et al. (2011) estimaron la existencia de aproximadamente 8.7 millones de organismos vivos en el planeta (cifra muy conservadora), de los cuales 1.2 millones estarían válidamente descritos. Este número representa un limitado 13.8% de la riqueza estimada de organismos y sugiere, que la humanidad no conseguirá nunca describir y asignar un nombre a las especies restantes estimadas. Sería necesario que al menos 0.1% de la población mundial que alcanza hoy mucho más de 7000 millones de habitantes se le fuese asignada una nueva especie por describir y le dieran como plazo toda su vida para hacerlo, quizá de esta forma en medio siglo podríamos estar acercándonos a la descripción de todas las especies estimadas a la fecha.

Aun así, imaginando que el ser humano consiguiera llegar a dicha cifra mágica de especies descritas, este esfuerzo podría quedarse limitado solo a un número y un listado de nombres y descripciones, sin saber más allá de la historia natural de las mismas, ni su relación con su ambiente. Esto definitivamente no refleja lo que es biodiversidad en un sentido amplio. Si la vida involucra tiempo y procesos, dichas cifras mágicas nada podrán decir acerca de la vida. Boero (2010) se refiere a dicho afán por encontrar la cifra mágica de “número” de especies como “la historia de la estupidez”, ya que según él no tiene sentido alguno alcanzar dichos números mágicos y nombrar cada especie cuando nada más se conoce o se conocerá sobre ellas. Aun así, el afán de las personas involucradas en las ciencias biológicas y más aún, de aquellas preocupadas por la conservación y la integridad ecológica, continua siendo descubrir y conocer cuanto más sea posible de la diversidad de la vida en el planeta antes que esta se pierda para siempre.

En insectos, la cifra de especies válidas descritas está cercana al millón de especies y el estimado total varía entre 5 y 10 millones de especies en todo el mundo (Stork 2009). Así pues, los esfuerzos por estudiar la diversidad en este grupo, aún después de varios siglos, continúan siendo

157 mínimos en comparación con otros grupos biológicos y parecería tarea de no acabar el identificar y describir las especies restantes.

Con la aparición de las herramientas moleculares, se impulsó el descubrimiento de especies crípticas en muchos grupos animales, especialmente en insectos. Incluso se propusieron las secuencias “barcode” como una forma prometedora de identificación molecular, que acompañada de información taxonómica clásica podría globalizar y democratizar la biodiversidad (Janzen et al., 2009). Inicialmente, las secuencias de ADN mitocondrial del primer fragmento del gen mitocondrial Citocromo Oxidasa I (COI), surgieron como una forma prometedora de acceder a la identificación rápida de especies crípticas, cuando otros caracteres morfológicos no fueron suficientes para realizar identificaciones adecuadas en grupos taxonómicamente complejos. Muchos ejemplos de uso exitoso de las secuencias “Barcode” para la identificación de especies crípticas en animales, han sido reportados desde que su uso se propagó en la comunidad científica. No obstante, estudios moleculares más profundos y detallados (ej. Whitworth et al., 2007.; Elias et al., 2007) han mostrado como en varios grupos taxonómicamente complejos, el uso de una única secuencia de ADN no permite comprender la diversidad evolutiva de los mismos la cual se refleja, entre otras, en el número de especies diferentes que lo componen. Así pues, aproximaciones mucho más integrales al estudio de grupos complejos, han mostrado ser la mejor manera de aproximarse a la resolución de problemas taxonómicos, involucrando evidencia múltiple que incluye en muchos casos datos genéticos, ecológicos, morfológicos y comportamentales de las especies bajo análisis. De esta forma, y sin ser el objetivo primario de dicha aproximación, la taxonomía integrativa aporta información biológica y ecológica importante que hablan de la historia natural de los organismos y van más allá de dar un nombre adecuado y estimar un número “real” de especies en un grupo de interés.

En este trabajo se abordará el uso de diferentes herramientas como una forma de aproximase al problema taxonómico en un género de mariposas neotropicales de taxonomía compleja. Se mencionan los fundamentos conceptuales que fueron necesarios para abordar el problema desde una perspectiva diferente a la tradicional y las posibles implicaciones de asumir los cambios taxonómicos y nomenclaturales propuestos para el grupo.

Taxonomía integrativa en mariposas

Uno de los grupos de insectos mejor estudiados en su taxonomía y relaciones ecológicas son las mariposas. Particularmente, las mariposas neotropicales, involucradas en anillos miméticos, han sido objeto de estudio de naturalistas, taxónomos y ecólogos de todo el mundo y se constituyen como un grupo modelo, en el cual el uso de evidencia obtenida de múltiples disciplinas, ha permitido avanzar hacia una mejor comprensión de su diversificación y su relación con el entorno.

158 Dayrat (2005), definió la taxonomía integrativa o taxonomía integral como la ciencia que estudia la diversidad de la vida desde múltiples disciplinas complementarias. Por su parte, Will et al. (2005) argumentaron que dicha aproximación integral es el futuro de la sistemática y la investigación de la biodiversidad, dado que aprovecha un gran número de caracteres que incluyen tanto secuencias de ADN como otros tipos de datos para delimitar, descubrir e identificar especies y taxones naturales en todos los niveles. En la última década, dichas aproximaciones integrales han venido aumentando para resolver problemas taxonómicos en mariposas. Tal vez uno de los primeros trabajos y relevantes en este sentido fue el de Hebert et al. (2004), quienes mediante el uso de caracteres morfológicos de los estados inmaduros, la información sobre las plantas hospedantes y caracteres moleculares obtenidos de secuencias de ADN del gen COI, lograron identificar 10 grupos diferentes de lo descrito previamente como una sola especie Astraptes fulgerator (LEP: Hesperiidae). Recientemente, algunos trabajos han comenzado a involucrar otros datos a dichas aproximaciones, como la morfometría geométrica complementada con datos moleculares (Dincă et al., 2011, Barão et al., 2014). En la tribu Ithomiini (Nymphaliidae: Danainae) se usaron caracteres provenientes de la morfología de estados inmaduros, el estudio de las estructuras genitales y la microscopía electrónica para evaluar el estatus taxonómico de los géneros Dircenna y Hyalenna (Willmott y Lamas 2006). Así pues, estas aproximaciones más integrales están señalando un nuevo rumbo hacia el cual los trabajos taxonómicos deberían proyectarse para resolver problemas en grupos de mariposas con taxonomía compleja.

Estudio de caso en mariposas Mechanitis (Nymphalidae: Danainae: Ithomiini)

Las mariposas de la tribu Ithomiini son un grupo de distribución exclusivamente neotropical, conformado por aproximadamente 370 especies (Lamas 2004). Comúnmente pueden encontrarse en bosques desde el nivel del mar hasta los 3000 metros de altura (Willmott y Freitas 2006), sin embargo han sido también reportadas para ambientes suburbanos y urbanos (Brown y Freitas 2003; Giraldo et al., 2014). Sus especies han servido como modelo en investigaciones de ecología química, evolución y biogeografía, y conforman diferentes añillos miméticos que pueden coexistir en un mismo microhábitat (Elias et al., 2008). Existen problemas taxonómicos en casi todos los géneros que conforman el grupo, incluso en aquellas mariposas de frecuente ocurrencia y que son reportadas comúnmente en los trabajos de diversidad realizados en tierras bajas del neotrópico, como las mariposas del género Mechanitis.

El género Mechanitis fue tradicionalmente reconocido como un género de frecuente aparición y de pocas especies ampliamente distribuidas en el neotrópico. La identificación de sus especies se ha realizado usando exclusivamente caracteres presentes en el patrón de coloración alar y las descripciones de especies y subespecies han empleado dichos patrones, como única fuente de caracteres hasta en las descripciones más recientes. Varios autores (Fox 1967; Brown 1977), tras la revisión del género, señalaron que no se encontraron caracteres en las estructuras genitales que permitieran la separación de las especies y la identificación de las mismas se continuó realizando de la misma manera con poca exploración de nuevos caracteres. No obstante, diversos trabajos

159 recientes usando datos genéticos mostraron problemas en su taxonomía y sugirieron que su diversidad podría estar siendo subestimada (Elias et al., 2007.; Hill et al., 2012; Giraldo y Uribe 2012). Adicionalmente, la aparición de formas híbridas entre especies indudablemente diferentes (Vasconcellos-Neto y Brown 1982; Hill et al., 2012), incrementa las dificultades al abordar la taxonomía del género Mechanitis desde la perspectiva tradicional. Lo anterior, motivó el analizar nuevamente el problema taxonómico del género Mechanitis desde una aproximación más integral.

Como en los demás grupos de mariposas, los nombres infraespecíficos han sido ampliamente usados bajo el concepto de subespecie. Las subespecies fueron definidas por Fox (1955) como razas geográficas y es un concepto ampliamente usado en la tribu Ithomiini y en mariposas diurnas en general. Sin embargo, la poca o nula delimitación de los ámbitos de distribución de dichas subespecies dificulta el entendimiento de los patrones generales de distribución. Asimismo, las identificaciones y asignación de nombres infraespecíficos, sin tener en cuenta el contexto geográfico, generan confusión al tratar de entender o delimitar los ámbitos de distribución y se pierde el sentido “biológico” y/o geográfico de las subespecies. En el género Mechanitis se incluyen 47 subespecies descritas y aceptadas a lo largo de su ámbito de distribución y la delimitación de las mismas es uno de los puntos de partida del análisis aquí presentado.

Concepto de especie y subespecie

Como se mencionó anteriormente, en mariposas el concepto de subespecie ha sido ampliamente empleado y popularizado por más de un siglo. Tradicionalmente, se hacía referencia a “subespecie” para nombrar variaciones fisiológicas, generaciones estacionales, aberraciones, “minorías” genéticas, micropoblaciones y casi cualquier otro tipo de variación morfológica identificable y agrupable al interior de una especie (Ver referencias en Fox 1955). En mariposas, tales nombres se asignan principalmente a grupos infraespecíficos con variaciones identificables en el patrón de coloración alar. Edwards (1954), definió las subespecies como “poblaciones, obviamente diferentes, cuyos miembros podrían entrecruzarse libremente si ocurrieran simpátrica y sincrónicamente bajo condiciones naturales”. Para Fox (1955), este concepto no tuvo aplicación práctica al estudiar grandes series de mariposas Ithomiini en colecciones de museo. Por este motivo, dicho autor teorizó dicho concepto basado en su experiencia en el grupo y asumió el concepto de subespecie para variaciones poblacionales cuyo aislamiento reproductivo, en su momento, fue imposible de probar en la práctica. Para él, la eliminación de todas las subespecies, como fue sugerido por otros autores (Wilson y Brown 1953), en Ithomiini sería un retroceso en el conocimiento taxonómico acumulado por años y generaría caos en todas las jerarquías taxonómicas. Desde entonces, y para sus trabajos taxonómicos posteriores en Ithomiini, el concepto de subespecie lo definió como raza geográfica en la cual, en la práctica, el aislamiento reproductivo fue imposible de probar. Bajo este panorama, es claro que el concepto de subespecie se fundamentó en el concepto biológico de especie como su punto de partida. Así, la decisión de asignar un nombre subespecífico recayó sobre la incapacidad de probar el aislamiento reproductivo entre poblaciones con alguna diferencia identificable (comúnmente variaciones en

160 el patrón de coloración en mariposas) pero que en otras características morfológicas parecerían pertenecer a la misma especie. El aislamiento reproductivo entre poblaciones alopátricas, para grupos estudiados principalmente en colecciones depositadas en museos, como el caso aquí presentado de las mariposas Ithomiini, quedó entonces sujeto a la percepción del taxónomo y a la subjetividad del mismo, hasta que posteriormente nueva evidencia biológica fuera presentada para probar la efectividad del entrecruzamiento. No obstante, el entrecruzamiento entre especies diferentes (sin discusión taxonómica alguna para los taxónomos) en mariposas ocurre en diferentes grupos incluyendo los Ithomiini y particularmente el género Mechanitis. Las formas híbridas en Mechanitis ocurren incluso entre especies claramente definidas (Vasconcellos-Neto y Brown, 1882) donde el estatus de especie no se pone bajo interrogante alguno. Así pues serían de esperarse otros cruces interespecíficos entre poblaciones parapátricas que podrían merecer el estatus de especie, bajo un concepto diferente al concepto biológico de especie. El asumir especies politípicas en un grupo donde los cruces interespecíficos pueden ser frecuentes, podría menospreciar la diversidad en términos evolutivos y perder información biogeográfica importante para entender patrones de diversificación y especiación en el neotrópico. Ante este panorama Gill (2014) planteó abordar el problema taxonómico, con especies politípicas en aves desde una perspectiva diferente, en la cual propone que la necesidad de probar el aislamiento reproductivo esencial recaiga sobre la agrupación de taxa (probar que las poblaciones se cruzan libremente y tienen descendencia fértil sin mantener ningún otro mecanismo de aislamiento) y no sobre la separación de los mismos. En las aves el entrecruzamiento y las formas híbridas entre especies no hermanas, incluso pertenecientes a diferentes géneros, parece ser frecuente. Por ello, el comité de clasificación y nomenclatura de la Unión Americana de Ornitología (AOU, 1998) manifestó textualmente lo siguiente: “Referente a la interpretación de la hibridación [para determinar si dos poblaciones deberían ser tratadas como especies separadas], hacemos énfasis en que un número importante de indiscutibles especies biológicas de aves retienen la capacidad, al menos limitada, de entrecruzar con otras especies . Por lo tanto, la ocurrencia ocasional de hibridación, incluso entre aves que el Comité ha reconocido desde hace tiempo como especies, de ninguna manera disminuye la realidad biológica de su aislamiento reproductivo esencial. En la práctica, el entrecruzamiento no ha sido el fundamento más fuerte para determinar la conespecificidad que algunos creen. Por lo tanto, aislamiento reproductivo esencial (ausencia de entrecruzamiento en condiciones naturales) en lugar del aislamiento reproductivo completo ha sido y continua siendo el criterio fundamental operativo para establecer el estatus de especie por los aquellos adheridos al concepto biológico de especies [es decir, "el concepto biológico de especie " de Mayr]. En particular, la hibridación de dos formas a través de estrechas y estables zonas de contacto - una vez vista como un criterio suficiente para el tratamiento como una sola especie- ahora es vista como la evidencia de la falta de libre entrecruzamiento. Como consecuencia, muchos pares de especies de aves que se fusionaron como un solo taxón la sexta edición (edición anterior de la checklist de aves de Norte América) [es decir, tratados como una sola especie] han sido separados nuevamente [es decir, tratados como dos especies distintas] en esta edición de la checklist”.

161 Ante esto, es claro que el concepto biológico de especies podría no ser el más adecuado para el estudio de estos grupos y así el planteamiento de Gill (2014) parecería también ser una buena forma de reevaluar la taxonomía de especies politípicas en mariposas y en otros grupos de insectos. De esta manera, probablemente el concepto filogenético de especie, y no el concepto biológico, sea el más adecuado para la reevaluación taxonómica del género Mechanitis. El concepto filogenético de especie tiene varias versiones según Coyne y Orr (2004) y particularmente en este trabajo se hará referencia a la segunda versión del mismo, que define una especie como el grupo monofilético más pequeño de ancestría común (de Queiroz and Donoghue 1988). De esta manera se pretende abordar el problema taxonómico en Mechanitis, sin que el entrecruzamiento ocasional entre especies sea una limitante conceptual para análisis de los datos y la evidencia recopilada.

Así pues, bajo una conceptualización clara del concepto de especie para abordar el problema taxonómico del grupo, se procedió al análisis conjunto de la evidencia recopilada, la cual se menciona a continuación.

Revisión de museos

Las colecciones entomológicas son sin duda la primera fuente de información en la cual se debe basar cualquier estudio taxonómico, incluso aún primero que los trabajos de recolecta, observación y toma de datos en el campo. La revisión de las colecciones entomológicas es así una primera fotografía general del problema a enfrentar, la cual puede proporcionar valiosa información previa al trabajo de campo. Para el trabajo particular con Mechanitis se revisaron y fotografiaron más de 3000 ejemplares en 12 colecciones entomológicas (7 nacionales y 5 internacionales). Se incluyó en cada fotografía una reglilla como escala y las etiquetas para la posterior digitalización de los datos de colecta del ejemplar, que permitieron la posterior elaboración de mapas iniciales de distribución de registros de colecta y la ubicación de marcas para estudios morfométricos.

Toma y depuración de datos geográficos

Existen páginas web especializadas donde pueden ser encontrados los datos de registros de colecta de muchas especies en casi cualquier grupo taxonómico (aj. GBIF). Para muchas especies de “fácil” identificación, dichas herramientas son de gran ayuda para el investigador interesado. No obstante, ante grupos cuya taxonomía es compleja y en los cuales existe una alta probabilidad de caer en errores en la identificación, es preferible el uso de datos en los cuales al menos una fotografía del espécimen sea proporcionada. En casos donde la taxonomía del ejemplar registrado no pueda ser verificada, es preferible entonces omitir el uso de dichos datos en los análisis de distribución. El uso de los registros de colecta para la elaboración de mapas generales de la distribución de las “especies” o subespecies, permite elaborar una imagen panorámica inicial del problema taxonómico. Teniendo en cuenta los procesos de especiación y la vicarianza como efecto moldeador de la diversificación, es de esperarse que no todas las especies estén en cualquier lugar. Así pues, la elaboración de mapas de puntos de registros, usando cualquier

162 programa de Sistemas de Información Geográfica (SIG) o elaborados a mano alzada como se hicieron tradicionalmente hace algunas décadas, proporciona una idea general de la distribución de los “nombres” en el espacio y así la elaboración de una hipótesis nula de trabajo. No obstante el uso de SIG en el análisis permite la depuración de registros de una manera mucho más precisa y el uso de herramientas que permiten definir por ejemplo, la altura máxima sobre el nivel del mar en la cual el grupo de interés o una especie en particular pueden distribuirse.

En el caso de Mechanitis, se alimentó una base de datos en una hoja de cálculo incluyendo los datos de colecta de cada ejemplar y las coordenadas geográficas del sitio de colecta, cuando estás estuvieron presentes en la etiqueta. Si la etiqueta de colecta del ejemplar no tenía información sobre dichas coordenadas se procedió a su búsqueda y asignación usando los datos de la localidad mediante la herramienta Google Earth® o páginas web especializadas. Posteriormente a la digitalización, fue necesario depurar y validar la información geográfica ingresada. Los datos fueron migrados al sistema de información geográfico DIVA-GIS versión 7.5.0.0. y allí se verificó la ubicación de los registros y se corrigieron las coordenadas geográficas mal asignadas. Se elaboraron mapas de los registros por subespecie en ArcGis 10.0 usando la información taxonómica depositada en las etiquetas o cajas de cada colección. Finalmente, se usó un modelo