SMITHSONIAN (SONIA TEJADA).- Un equipo de investigadores del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI) está digitalizando imágenes de polen de más de 18,000 especies de plantas tropicales.

Estas imágenes se están utilizando para entrenar un modelo de aprendizaje automático para identificar granos de polen, una tarea que normalmente requiere cientos de horas de trabajo con microscopios por parte de expertos. Las imágenes también permitirán realizar una amplia gama de nuevos análisis de polen. La base de datos, llamada PollenGEO, estará disponible gratuitamente en línea.

La colección de polen del Smithsonian, que se encuentra en el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI) y en el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian (NMNH), contiene más de 18,000 especies, lo que la convierte en una de las colecciones de polen más grandes del mundo.

Las bases de datos de referencia de polen, como PollenGEO, podrían desempeñar una gran variedad de funciones en muchos ámbitos de la ciencia y la medicina. Por ejemplo, la identificación rápida y precisa del polen puede ayudar a diagnosticar una alergia al polen, determinar el origen de la ropa encontrada en una escena de crimen, investigar cómo respondieron los bosques antiguos al cambio climático y datar los depósitos de hidrocarburos.

El valor del polen en la paleontología se deriva de su durabilidad: algunos granos de polen pueden durar cientos de millones de años, lo que ofrece una ventana a la historia de la Tierra precisa tanto en el tiempo como en el espacio. Además, el polen de cada especie vegetal es único y distinto del de otras especies.



Anteriormente, los especialistas identificaban los granos de polen uno por uno bajo el microscopio utilizando manuales ilustrados como referencia. Este proceso requiere mucho tiempo y puede resultar especialmente difícil en los trópicos, donde hay miles de especies de plantas, muchas de ellas aún sin identificar. También es difícil identificar el polen en capas rocosas antiguas, ya que muchas de las especies de plantas que lo produjeron están extintas.



Para resolver estos retos, más de 30 investigadores y estudiantes de STRI, dirigidos por el palinólogo Carlos Jaramillo, están digitalizando toda la colección palinológica del Smithsonian: subiendo más de 40 millones de fotos de granos de polen de especies vegetales conocidas para crear una enorme base de datos. Este conjunto de datos se utilizará para entrenar modelos de inteligencia artificial que ayuden a identificar el polen.



La mayoría de las muestras proceden de la Colección Palinológica Graham, donada a STRI en el 2008, que contiene alrededor de 18,000 especies de polen, en su mayoría tropical, en más de 23,000 portaobjetos de microscopio, cada uno de ellos acompañado de una ficha que describe la muestra. Un ejército de unos 100 voluntarios que trabajan en el Centro de Transcripción del Smithsonian ayudó a copiar la información de las fichas a la base de datos. La colección también incluye la colección Joan Nowicke, la colección de Isla Barro Colorado de Dave Roubik y Enrique Moreno, la colección del Amazonas de Paul Collinvaux y la colección Sian Ka'an, que contiene 650 especies del sureste de México. Además, se han escaneado aproximadamente 1,000 muestras de polen fósil de las colecciones del NMNH en Washington, D.C.



El entrenamiento de un modelo de IA para utilizar esta enorme base de datos con el fin de identificar muestras requirió la colaboración de expertos en diversos campos, desde la botánica hasta la informática. La profesora asociada Surangi Punyasena, de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, está construyendo el entorno de inteligencia artificial. El equipo de Jaramillo forma parte del proyecto Trans-Amazon Drilling, un proyecto a gran escala que utiliza el polen de los núcleos de perforación de toda la Amazonía para comprender la historia del bosque. Este proyecto incluye a investigadores de varias instituciones, como la Universidad Federal de Mato Grosso y la Universidad Federal de Acre en Brasil, además del Open University. La disponibilidad de PollenGEO y otras bases de datos de polen en línea transformará la identificación del polen de una actividad solitaria detrás de un microscopio a un proceso digital y universalmente accesible. Andrés Díaz, coordinador de PollenGEO presentó un seminario web sobre el proceso de digitalización de 40 millones de imágenes de polen.



La financiación de este trabajo provino de la Institución Smithsonian, la Anders Foundation, Gregory D y Jennifer Walston Johnson, el Fondo 1923, la Dotación Rubinoff Big Bet, el Smithsonian Women’s Committee y el Smithsonian Life on a Sustainable Planet Pathfinder.



El Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, en ciudad de Panamá, Panamá, es una unidad de la Institución Smithsonian. El Instituto promueve la comprensión de la naturaleza tropical y su importancia para el bienestar de la humanidad, capacita estudiantes para llevar a cabo investigaciones en los trópicos, y fomenta la conservación mediante la concienciación pública sobre la belleza e importancia de los ecosistemas tropicales. Para más información refiérase a nuestro Video Institucional y visite nuestra página web. Síguenos también en redes sociales: Facebook, Twitter e Instagram.

SMITHSONIAN (SONIA TEJADA).-Las mariposas Morpho azules han cautivado el ojo humano durante siglos: ¡incluso tenemos una como emoji en nuestros teléfonos! En un experimento reciente, investigadores del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI) documentaron por primera vez que las altas temperaturas durante la etapa de la pupa pueden reducir el brillo de su iridiscencia.

A temperaturas elevadas, como las proyectadas en futuros escenarios de calentamiento, las estructuras responsables de su color iridiscente podrían cambiar lo suficiente como para que sus depredadores comunes, como las aves, y otras mariposas de la misma especie probablemente perciban el cambio de color. Los científicos publicaron sus resultados recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences Nexus.

Los científicos expusieron pupas, la etapa de la metamorfosis previa a la adultez, de Morpho helenor a tres categorías diferentes de temperatura: una temperatura tropical promedio, propia del ambiente donde normalmente viven estas mariposas; una temperatura templada, que simulaba las condiciones de zonas templadas; y temperaturas altas, como las predichas por el cambio climático.

En concordancia con otros estudios, encontraron que las temperaturas templadas y altas prolongan el tiempo que las mariposas pasan como pupas. Además, a temperaturas altas, las pupas murieron con mayor frecuencia. También encontraron que las mariposas Morpho adultas expuestas a altas temperaturas durante su etapa de pupa tenían colores más opacos, y que depredadores comunes, como las aves, y otras mariposas de la misma especie podían detectar este cambio de color. Aún se desconocen los efectos que este cambio podría tener sobre los depredadores o las posibles parejas. Como la iridiscencia podría confundir a los depredadores, las mariposas con colores más opacos podrían ser más susceptibles a la depredación o resultar menos atractivas para posibles parejas.

“Demostramos que los animales iridiscentes son susceptibles a las condiciones ambientales en las que se desarrollan. Bajo un clima cada vez más cálido, el color de algunos de nuestros animales iridiscentes favoritos puede alterarse y el brillo de sus despliegues iridiscentes puede disminuir”, explicó Juliette Rubin, autora principal del estudio y becaria del STRI.

El color azul iridiscente que vemos en las mariposas Morpho no proviene de pigmentos. Se produce gracias a estructuras diminutas que poseen crestas presentes en las escamas de sus alas, llamadas nanoestructuras. El color azul que vemos es producto de cómo estas estructuras microscópicas reflejan la luz. “Las escamas de estas mariposas son como las tejas superpuestas de un techo. El cambio de color que encontramos en los adultos después de exponer las pupas a altas temperaturas puede explicarse, en parte, porque disminuyó la distancia entre las nanoestructuras, reduciendo el ancho de toda la escama”, explicó Rubin. “Esto probablemente hizo que las escamas se superpusieran menos”.

Los resultados de este estudio podrían ayudar a predecir los efectos del aumento de las temperaturas durante el desarrollo de distintos animales. En general, la flexibilidad de estas diminutas estructuras es sorprendente y revela cómo incluso los diseños más pequeños de la naturaleza pueden responder a un clima cambiante.

“Este estudio no habría sido posible sin las instalaciones y laboratorios del STRI, ubicados dentro de la distribución tropical natural de estas deslumbrantes mariposas, lo que nos brindó una oportunidad única para realizar nuestros experimentos. El STRI también nos dio la posibilidad de trabajar con becarios y pasantes de varios países, creando un equipo colaborativo de científicos curiosos”, añadió Rubin.

Acerca de Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales

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ENMAYÚSCULA, (SMITHSONIAN).- Los árboles de los bosques tropicales mueren a un ritmo cada vez mayor, con consecuencias para la biodiversidad, el almacenamiento de carbono y el clima mundial. Aunque la deforestación es la principal causa de la pérdida de bosques, los bosques intactos también están experimentando un aumento de la muerte de árboles.

La sequía, el aumento de las temperaturas y los incendios han sido los principales sospechosos, pero un nuevo artículo dirigido por Evan Gora, ecólogo forestal del Cary Institute of Ecosystem Studies y científico visitante del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, identifica una amenaza infravalorada: las tormentas eléctricas, que son cada vez más frecuentes con el cambio climático.



Estas tormentas convectivas, que no deben confundirse con huracanes o ciclones, suelen ser de corta duración pero potentes, con vientos y relámpagos que derriban árboles. En un artículo publicado en Ecology Letters, Gora y sus colegas explican por qué estas tormentas podrían ser una de las principales causas de la creciente mortalidad de los árboles tropicales. Las tormentas eléctricas, cada vez más frecuentes en los trópicos cálidos, son una amenaza creciente para los árboles y el carbono que almacenan.



"Los bosques tropicales tienen efectos masivos sobre el clima global. Son como los pulmones de la Tierra, y estamos viendo que sus árboles mueren a un ritmo mayor que en el pasado, y la composición de los bosques también está cambiando", explicó Gora. “Eso podría ser realmente problemático para el futuro no sólo de los bosques tropicales, sino del planeta”.



Comprender las causas de las tendencias en la muerte de árboles es fundamental para orientar las decisiones sobre qué especies de árboles plantar o conservar en un bosque, de modo que los gestores forestales puedan garantizar que los bosques sigan prosperando y almacenando carbono durante mucho tiempo en el futuro.



“Estar en el bosque durante una tormenta tropical es inolvidable”, comentó la coautora Vanessa Rubio, ecóloga forestal del laboratorio de Gora en el Cary Institute. "A medida que la tormenta arrecia, el cielo se oscurece, la humedad cambia drásticamente y fuertes vientos sacuden los árboles. Entonces, llegan los truenos y los relámpagos. Las hojas y las ramas caen al suelo, llueve a cántaros y tu instinto es volver a la estación de campo lo antes posible".



A pesar de su evidente peligro para las personas, las tormentas habían sido pasadas por alto y poco estudiadas como posibles culpables de las tendencias de mortalidad de los árboles. Pero cuando el equipo volvió a analizar los datos de estudios anteriores sobre las reservas de carbono de los bosques tropicales, descubrió que las tormentas eran al menos tan buenas como la sequía y la temperatura para explicar los patrones de mortalidad de los árboles y el almacenamiento de carbono forestal.



“Nos sorprendió descubrir que las tormentas pueden ser el mayor factor causante de la muerte de árboles en estos bosques, y que son en gran medida pasadas por alto por la investigación sobre el almacenamiento de carbono en los trópicos”, comentó Gora. “Nuestras estimaciones sugieren que las tormentas son responsables de entre el 30 y el 60% de la mortalidad de los árboles en el pasado, y esa cifra debe estar aumentando a medida que la actividad de las tormentas aumenta entre un 5 y un 25% cada década”.



El equipo también añadió las tormentas al mayor estudio basado en parcelas sobre la dinámica del carbono de la biomasa forestal realizado hasta la fecha. Ese estudio había concluido previamente que cuando las temperaturas superan un determinado umbral, los bosques tropicales experimentan un rápido descenso de las reservas de carbono. “Pero cuando se añaden las tormentas, esa relación desaparece”, explica Gora. “Básicamente demuestra que hay que incluir las tormentas, o puede que no se obtengan las respuestas correctas”.



Las tormentas y las sequías no son mutuamente excluyentes, señalan los científicos: los mismos bosques pueden experimentar tanto una gran actividad tormentosa como estrés por sequía. Los científicos descubrieron una gran actividad de tormentas convectivas en el sur de la Amazonia, donde el estrés hídrico también es elevado y los patrones de cambio se encuentran entre los más extremos.



“Durante mis estudios sobre las amenazas a los bosques tropicales, mis profesores, nuestros libros de texto e incluso la política climática global nunca mencionaron las pequeñas tormentas convectivas como fuente potencial de mortalidad forestal”, comentó el coautor Ian McGregor, ecólogo forestal del Cary Institute en el laboratorio de Gora. "No recuerdo haberlas visto en los modelos climáticos globales utilizados para informar la política climática. Sin embargo, dados nuestros hallazgos, está claro que necesitamos un conocimiento más profundo de estas tormentas para disponer de modelos climáticos más precisos y, por tanto, de una política más eficaz."



Hay buenas razones por las que los científicos han pasado por alto las tormentas hasta ahora. La temperatura y el estrés hídrico pueden controlarse con estaciones meteorológicas y conectarse fácilmente con datos de parcelas forestales a largo plazo. Es mucho más difícil detectar las tormentas y rastrear sus daños, muy localizados. La mortalidad causada por las tormentas no se detecta fácilmente por satélite, y no es práctico que los investigadores a pie inspeccionen grandes zonas forestales con la frecuencia suficiente para determinar con precisión los daños causados por una tormenta concreta.



Gigante, un proyecto dirigido por Gora y la coautora Adriane Esquivel-Muelbert, de la Universidad de Birmingham, ofrece una forma de superar estos retos. El proyecto combina un sistema de localización de rayos, exploradores teledirigidos y expertos sobre el terreno para muestrear con frecuencia grandes zonas de bosque tropical. Con estas herramientas, están empezando a cuantificar cuándo, dónde y por qué están muriendo los árboles tropicales, y qué especies son las más afectadas.



Comprender las amenazas actuales y futuras para los bosques tropicales es crucial para orientar los esfuerzos de conservación y restauración a largo plazo.



“Si tomamos decisiones sobre qué especies plantar o conservar basándonos en un conocimiento incorrecto de lo que realmente está matando a esos árboles y de qué especies son las más vulnerables, esos bosques no alcanzarán todo su potencial”, afirma Gora. Las tormentas son más mortíferas para los árboles maduros, por lo que las consecuencias de los esfuerzos de reforestación equivocados podrían no conocerse hasta décadas después de plantar los árboles.



“Sin embargo”, prosiguió Gora, “si podemos construir una imagen más holística de lo que está impulsando el cambio forestal, podremos tener mucha más confianza a la hora de orientar las prácticas de gestión forestal hacia la sostenibilidad a largo plazo”.