Anlisis Aspectral

Los ecologistas, como otros biólogos, están involucrados con el estudio de sistemas vivientes, y ellos, de nuevo como otros biólogos, están minusválidos en su trabajo por lo inadecuado de la estructura conceptual a la cual ellos deben relacionar que sus resultados cuantitativos y dentro de los cuales ellos deben generar hipótesis nuevas y probables. Un modo en el cual la debilidad de esta estructura se manifiesta a sí misma es en la carencia de un acercamiento teórico consistentemente aplicable a una amplia variedad de sistemas vivientes, y capaz de conducir a predicciones poderosas de lata generalidad. Varias de tales aproximaciones han sido tratadas y encontradas defectuosas: por ejemplo, el más reciente candidato, el método de análisis de sistemas, requiere trabajo y gastos colosales para producir una solución que es autoconsistente para un particular arreglo original de datos ni la autoconsistencia en cualquier otro arreglo de datos que puedan ser sacados desde el mismo grupo del sistema, sin considerar las condiciones de frontera. En otras palabras, tanto el poder predictivo y la generalidad de éste no elegante acercamiento es muy baja.

Una nueva base para una biología teórica ha sido propuesta basada en la mecánica estadística no lineal (49). Este método, el cual es ni estrictamente holista (holism) ni completamente reduccionista, está emergiendo desde intentos para encontrar una aproximación matemática general que pueda responder tanto de fenómenos vivientes como de no vivientes. Éste identifica cómo la característica más importante de sistemas complejos la propiedad de que la ecuaciones diferenciales que describen las relaciones funcionales entre los componentes del sistema sean de clase no lineal.

Una característica crucial de sistemas no lineales es su disposición hacia comportamientos periódicos, aún para condiciones de frontera no periódicas. Por ello, ellos tienden a una organización periódica (cíclica) de tiempo, en espacio, o en ambos. De acuerdo a esta visión, el biosistema es visto como un grupo de osciladores no lineales, acoplados juntos en varias configuraciones funcionales en cada nivel jerárquico de descripción del sistema. El elemento básico de organización temporal en tales sistemas, es el ciclo: una completa descripción del sistema pudiera incluir una lista de las frecuencias de todos sus ciclos dominantes. Por decir, un modo de especificar un sistema puede ser especificando su espectro, puesto que un espectro es simplemente una representación de posibles frecuencias de acción de un proceso, arregladas de acuerdo a su relativa importancia o magnitud.

Trabajos muy recientes sugieren que la descripción mecánica estadística no lineal de sistemas biológicos es plausible (digno de aplauso) (35). Nuevas estructuras pueden surgir a partir de inestabilidades en sistemas vivientes; éstas son una consecuencia directa de un proceso no lineal actuando sobre fluctuaciones aleatorias. En otras palabras, hay una respuesta en el nivel macroscópico de descripción (aparición de nueva organización) que resulta a partir de excitaciones microscópicas (fluctuaciones). En general, las nuevas estructuras tienen que ser periódicas en el dominio espacio-temporal (27). Es importante considerar que estos rasgos pueden estar presentes cuando el sistema está lejos de un equilibrio termodinámico, y que su mantenimiento requiere un aporte continuo de energía; es por lo tanto apropiado referirse a éstos como estructuras disipativas (exotérmicas). El ejemplo biológico más reciente de estructura disipativa trató con las bases químicas de morfonogénesis (46). Mucho del trabajo subsecuente ha tratado osciladores bioquímicos (11, 19). Un ejemplo de la teoría ecológica ha sido aportado (38).

Si es realista adoptar una representación estadística mecánica de los sistemas vivientes en los cuales los efectos no lineales son predominantes, entonces la aproximación sería ciertamente válida en el nivel de descripción del ecosistema. La incidencia de fluctuaciones se incrementa con el número de grados de libertad del sistema, y pudiéramos por lo tanto anticipar que la aproximación pudiera ser aplicable a fortiori (a fuerzas) a ecosistemas donde el número de grados de libertad es inmenso. Esto sugiere que los ecosistemas pudieran mostrar comportamiento periódico en tiempo y espacio, y que la identificación e interpretación de las frecuencias o periodicidades características serían uno de los objetivos centrales de la disciplina de la ecología.

Desafortunadamente, la tendencia histórica entre ecologistas ha sido diseñar sus programas de muestreo para minimizar la variabilidad aparente en tiempo y espacio, y ser menos interesados en las variaciones alrededor de las medias que en las mismas medias. Semejante acercamiento al muestreo ecológico hace inverosímil (improbable), que las periodicidades, si están presentes sean descubiertas en el comportamiento del ecosistema, y puede ser bien los ecologistas, en su búsqueda por minimizar el ruido de manera que ellos puedan detectar, mejor la señal, han estado subestimando la verdadera señal de interés.

¿Cómo reconoceremos estos modos fundamentales de comportamiento del ecosistema? En general, esperamos que hubiere respuesta simultánea en varias o muchas frecuencias; resolver esto desde el uno al otro en la presencia de efectos aleatorios puede ser una tarea formidable. La única técnica matemática aplicable conocida es el método del análisis espectral, y es el uso de esta técnica en el contexto ecológico con la que trataremos en esta revisión.

Distinguimos dos amplias clases de comportamiento periódico u organizado. El primero, discutido arriba, depende de las propiedades no lineales del sistema mismo: el aporte de energía que mantiene la estructura, puede ser constante o aperiódica (o aleatoria). En este

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