Investigación Aplicada Inicial 2017-01
Evaristo Luciano Lopez Tejeda; Jose Alberto Morales Hurtado; Marcelo Araya Salas; John Santiago Barreto Salcedo; Víctor Helmurth Gamarra Toledo; Santiago Claramunt Tammaro; José G. Tello Sandoval; Thomas Holger Valqui Haase
Objetivo
Estudiar los patrones biogeográficos y filogeográficos de la avifauna de las ecorregiones de la vertiente occidental del sur de los Andes peruanos (VOSA) y explorar su contribución en la identificación de áreas importantes para la conservación de la biodiversidad en Arequipa.
Resumen:
Entender el rol de la geografía y la genética en el proceso que conduce a la divergencia entre especies es fundamental para el estudio de la diversificación evolutiva. Pocos estudios han prestado atención en los aspectos biogeográficos y filogeográficos en la vertiente occidental de los Andes Peruanos, específicamente en tres ecorregiones: Desierto del Pacífico, Serranía Esteparia y Puna. Estas ecorregiones albergan una particular diversidad de organismos, los cuales poseen interesantes historias evolutivas, que facilitarían la comprensión de los mecanismos que permiten el origen y el mantenimiento de la diversidad de especies en estas ecorregiones. Este proyecto explorará las ventajas y limitaciones de las aproximaciones evolutivas, genéticas y geográficas, y su aplicación como herramientas en la identificación de áreas importantes para la conservación de la fauna en nuestra región. Se usará como modelo de estudio a las aves, un grupo que por su historia natural y fácil estudio, representa un ideal sistema. Por lo tanto, se estudiarán y compararán los patrones biogeográficos y el estatus taxonómico de algunas especies y subespecies de aves con rangos restringidos, aparente estructura geográfica y reemplazos, en la vertiente occidental del sur de los Andes peruanos. Específicamente, se analizará la variación geográfica en las características genéticas, morfológicas y vocales para entender los procesos de diversificación de la avifauna de estas tres ecorregiones en Arequipa. Se responderán las siguientes preguntas: a) ¿Cuál es la estructura biogeográfica de la avifauna? b) ¿Existen barreras geográficas o ecológicas en zonas costeras, valles y puna? y c) ¿Qué caracteres distintivos estarían involucrados en la especiación o variación geográfica de las poblaciones? Este estudio proporcionará información importante sobre las conexiones biogeográficas de la fauna en la vertiente occidental de los Andes y sentará las bases para un proyecto más amplio, que involucraría un análisis filogenético exhaustivo de la avifauna del sur del Perú.
Palabras clave
Aves, filogeografía, conservación, genética, taxonomía, Andes, Arequipa, UNSA
Problema central
Comprender el papel de la geografía (aislamiento geográfico) y la ecología (adaptación) en el proceso que conduce a la divergencia entre especies es fundamental para el estudio de la diversificación evolutiva. Por otro lado, las variables ambientales y los límites biogeográficos, son importantes en la divergencia de caracteres y algunos estudios resaltan la necesidad de distinguir la contribución de los procesos ecológicos en la especiación; sugiriendo que esta puede ser posible a través de gradientes ambientales, sin procesos de especiación alopátrica. En el Neotrópico, muchos estudios enfocados en cuestiones moleculares, morfológicas, ecológicas, biogeográficas y geológicas, han permitido avanzar el entendimiento de los mecanismos que promueven la diversificación o que mantienen la elevada diversidad. En este contexto, un grupo de vertebrados que ha venido siendo utilizado como un buen sistema de estudio, han sido las aves. Este grupo de organismos ha permitido que nuestros conocimientos en estos campos de la ciencia sigan incrementándose y de esta manera, se sigan planteando y testeando nuevos modelos de especiación y diversificación para las aves del Neotrópico. A pesar de que buena parte de estos estudios incluyen especies del Perú, la mayoría se centran en la Amazonía, la vertiente oriental de los Andes y los Andes centrales. Otra característica de la mayoría de estas investigaciones, es la ausencia de investigadores nacionales involucrados. De esta forma, los estudios de sistemática molecular, filogenética, filogeografía, biogeografía, ecología evolutiva o genética de la conservación de aves liderados por científicos nacionales son casi inexistentes. En Arequipa, la ubicación geográfica de nuestra región, nos ofrece muchas oportunidades para explorar los mecanismos geológicos, ecológicos y evolutivos involucrados en la evolución de la avifauna de la vertiente occidental del sur de los Andes peruanos. En consecuencia, este proyecto examinará, mediante un enfoque comparativo biogeográfico y filogeográfico, la estructura genética en aves de la región para elucidar: (a) los patrones de distribución geográfica, (b) los límites entre especies (c) los procesos que conducen a la divergencia de especies, y (d) la aplicación de estas aproximaciones para la identificación de áreas importantes para la conservación de la biodiversidad en la región Arequipa. De esta forma, este proyecto permitirá obtener un mejor conocimiento de la diversidad de especies y de las conexiones biogeográficas de la avifauna en la vertiente occidental de los Andes, así como de las posibles aplicaciones que pueden tener estas aproximaciones o enfoques evolutivos y geográficos en la identificación de unidades o áreas de conservación en la región de Arequipa. Un componente que se podría desprender de este proyecto, sería la valorización de nuestra biodiversidad. Y en esa línea, debemos mencionar que en los últimos años, Perú y Brasil luchan por el 2do o 3er puesto entre los países con mayor diversidad de aves del mundo. Brasil en los últimos años, realizó un intenso esfuerzo en investigación, que resultó en un incremento de su biodiversidad. Esfuerzos similares en nuestro país, permitirían reposicionarnos entre los dos países con mayor diversidad de aves en el planeta. Por último, significará para la UNSA el inicio de proyectos relacionados y complementarios, ejecutados por investigadores arequipeños con colaboración de prestigiosas instituciones nacionales e internacionales.
Hipótesis planteada
La hipótesis a poner a prueba es que la diferenciación fenotípica o genética de la avifauna estudiada podría estar asociada a barreras geográficas o transiciones ecológicas o climáticas, ecotonos, o gradientes ambientales del Desierto del Pacífico, Serranía Esteparia y Puna en la vertiente occidental del sur de los Andes del Perú, que resultan en presiones selectivas divergentes para las poblaciones. Predecimos escenarios en los cuales, habrá diferenciación fenotípica sin flujo de genes o con flujo de genes. Predecimos también escenarios de especiación parapátrica o ecológica. Los límites biogeográficos son importantes en la divergencia de las poblaciones y el proceso de especiación, pero también son importantes las variables ambientales, cuya contribución de los procesos ecológicos sugiere que la especiación puede ser posible a través de un gradiente ambiental y sin procesos de especiación alopátrica (barreras físicas). En la región Arequipa, consideramos los gradientes altitudinales y gradientes de aridez en la costa y sierra. Las predicciones serán reflejadas en la coincidencia espacial de las barreras ambientales o geográficas con las diferencias genotípicas y fenotípicas en las poblaciones de aves en las tres ecorregiones estudiadas.
Resultados esperados
1. Definir o esclarecer el estatus taxonómico de algunas subespecies de la vertiente occidental del sur de los Andes peruanos.
2. Mapas de distribución potencial y ancestral de aves para la región Arequipa. Así como también mapas de distribución, con escenarios de proyecciones futuras.
3. Incremento de la colección de aves del Museo de Historia Natural de la UNSA, a través del depósito de especímenes colectados durante el proyecto.
4. Almacenamiento y disponibilidad de muestras de tejidos para análisis genético.
5. Base de datos de los registros de los especímenes colectados en catálogos del MUSA, disponibles para investigadores nacionales y extranjeros.
6. Base de datos de las vocalizaciones de las aves del sur del Perú, disponibles para investigadores nacionales y extranjeros.
7. Registro de los datos de distribución geográfica de las especies a una plataforma virtual mundial y de libre acceso (eBird).
8. Catálogo de fotografías de las especies más comunes de las ecorregiones de la región de Arequipa.
9. Fortalecer las capacidades de los estudiantes y miembros del Museo de Historia Natural de la UNSA.
10. Talleres de entrenamiento a estudiantes en técnicas de biología de campo y ornitología.
11. Talleres de entrenamiento a estudiantes en técnicas de colecta y preparación de especímenes de aves.
12. Talleres de entrenamiento a estudiantes en técnicas y análisis de datos en bioacústica.
13. Una tesis de pre-grado
14. Publicación de artículos científicos (2) en revistas indizadas.
15. A partir de los análisis biogeográficos y filogeográfico, se podrá recomendar la delimitación de áreas importantes para conservación en nuestra región y en el sur del Perú.
16. Participación en congresos nacionales (1).
17. Elaboración de un informe con los resultados obtenidos con lineamientos y recomendaciones para gobiernos locales.
18. Reuniones con instituciones públicas y privadas responsables de políticas en el diseño de agendas de biodiversidad y conservación.
19. Colaboración y vinculación en los proyectos que se realicen en Perú de parte de las instituciones extranjeras como, la Universidad de Toronto, el Royal Ontario Museum, El American Museum Natural History y la Universidad de Long Island.
20. Recomendar áreas de importancia biológica o zonificación de áreas que merecen especial atención para conservación de la biodiversidad en Arequipa.
Impactos esperados
Probar hipótesis a partir de enfoques evolutivos, haciendo uso estudios geográficos, moleculares, ecológicos y morfológicos, son fundamentales para el entendimiento del origen de nuestra biodiversidad y a partir de esto, se hacen imprescindibles para conocer y entender, cómo y qué debemos hacer para establecer adecuadas estrategias para la conservación de la diversidad biológica de nuestra región. De esta manera, se podrían plantear medidas o acciones concretas a partir de criterios científicos, como por ejemplo, el establecer áreas sensiblemente ecológicas o de importancia biológica que sean gestionadas por los gobiernos locales o regionales.
En general, estudios comparativos biogeográficos y filogeográficos, son fundamentales para: 1) delimitar poblaciones de taxones conocidos o para el descubrimiento de nuevas poblaciones que pueden representar nuevos taxones para la ciencia y 2) identificar áreas que son importantes para la diversidad genética y de especies, maximizando dentro de estas, áreas con gradientes ambientales contiguos a través de los cuales la selección y migración pueden interactuar para mantener la viabilidad de la población y la diversidad genética.
Por lo tanto, la información obtenida de este proyecto, permitirá entender los procesos de diversificación y evolución de un interesante grupo de nuestra fauna en la vertiente occidental de los Andes. La examinación de subespecies o taxones con problemas de delimitación de especies, podría resultar en la descripción de nuevas especies para nuestro país. Esto incrementaría la lista nacional de aves, compitiendo con Colombia y Brasil, como el país con la mayor riqueza de especies en el mundo.
Este proyecto generará una línea base importante para continuar un proyecto más ambicioso a nivel molecular sobre la avifauna del sur del Perú. El trabajo de campo, permitirá obtener especímenes de tres ecorregiones de la VOSA. Estos especímenes estarán disponibles para estudios taxonómicos, morfológicos, y genéticos para estudiantes, tesistas e investigadores nacionales y extranjeros. También se obtendrán registros fotográficos y sobre todo, grabaciones de vocalizaciones de las aves de Arequipa; recurso importante para estudios sistemáticos. Se harán publicaciones de alto impacto a nivel Neotropical, sobre una de las áreas menos estudiadas en Sudamérica. Se realizarán cursos y talleres para entrenar voluntarios, estudiantes y potenciales tesistas de la Facultad de Ciencias Biológicas (UNSA). En suma, el impacto más positivo de este proyecto será la integración de investigadores de instituciones académicas regionales y nacionales, e incluso gobiernos regionales, y reforzar la valorización y conservación de nuestra biodiversidad regional.