La invasión de especies no nativas tiene efectos generalizados y perjudiciales en los ecosistemas locales y globales. Estos intrusos a menudo se propagan y multiplican prolíficamente, alcanzan y desplazan a las especies nativas, alteran las interacciones previstas entre la flora y la fauna y dañan el medio ambiente y la economía.el invasor particularmente molesto es el mejillón cebra Dreissena polymorpha .Dada su abundancia, fecundidad y cordialidad, los mejillones cebra frecuentemente superan a los bivalvos nativos.Su dominio interrumpe el ciclo natural de nutrientes e interrumpe la estructura y la función de las obras hidráulicas infestadas.Estos llamados "ingenieros de ecosistemas" generan costos sustanciales de remoción para individuos, corporaciones y pueblos;las estimaciones indican que los mejillones cebra causan $ 1 mil millones en daños y costos de control cada año.
Si bien algunas especies pueden propagarse fácilmente río arriba en ambientes fluviales unidireccionales, no todas las especies invasoras pueden hacerlo. En un artículo publicado el 25 de mayo en el Revista SIAM de Matemática Aplicada , Qihua Huang, Hao Wang y Mark Lewis presentan un modelo de población híbrido discreto continuo que describe la dinámica invasiva de los mejillones cebra en los ríos de América del Norte ". Queríamos desarrollar y aplicar un modelo matemático para comprender la interacción entre el crecimiento de la poblacióny la dispersión, las condiciones ambientales y el flujo del río para determinar el éxito de la invasión aguas arriba de los mejillones cebra ", dijo Huang.
Desde su introducción en Norteamérica en 1986, el mejillón cebra ha invadido varios ríos grandes, incluidos Mississippi, Hudson, Ohio y St. Lawrence. "Los ríos son recursos naturales clave, y una vez que los mejillones cebra invaden las consecuencias pueden ser desastrosas", Dijo Lewis." Los ríos no solo se ven afectados, sino que también pueden esparcir los mejillones cebra a nuevas ubicaciones aguas abajo ". Los mejillones consumen algas que de otro modo estarían destinadas a las poblaciones nativas de peces, y se consideran inseguras para el consumo humano porque acumulan contaminantesy toxinas al filtrar.
Tres fases principales, larvas, juveniles y adultos, caracterizan el ciclo de vida del mejillón. Las larvas son planctónicas y se desplazan por el agua durante unos días o semanas antes de colocarse en una superficie y activar la etapa juvenil. Tras la maduración sexual.en su segundo año de vida, los juveniles se consideran adultos y pueden reproducirse una vez que las temperaturas del agua son lo suficientemente cálidas ". La etapa de vida de las larvas es relativamente corta en comparación con la vida útil del mejillón cebra", dijo Huang. "Como resultado, un modelo para la propagaciónde mejillones cebra en un río requiere la introducción de diferentes escalas de tiempo ". Los autores optaron por suponer que las larvas asentadas, los juveniles y los adultos tienen la misma tasa de supervivencia.
La supervivencia de los mejillones cebra en los ríos de América del Norte depende de una miríada de factores físicos, biológicos y químicos, que incluyen, entre otros, la temperatura del agua, los caudales, la salinidad, la turbidez y los niveles de pH.muy afectado por el flujo de agua unidireccional, que desplaza el sedimento del río, barre las larvas de mejillón aguas abajo e inhibe la unión al bentos - el fondo del río. "La dinámica del flujo de agua unidireccional que se encuentra en los ríos puede desempeñar un papel importante en la determinación del éxito de la invasión".Huang dijo: "La alteración de los regímenes hidrodinámicos asociados con la gestión del agua tiene efectos directos sobre la dinámica del ecosistema de los ríos". Como resultado, es difícil que los mejillones cebra se propaguen río arriba en ríos de alto caudal.
Debido a que el mejillón cebra tiene una dinámica inusual, los modelos clásicos no son suficientes. En cambio, los autores desarrollan y emplean un modelo de población novedoso, impulsivo y espacialmente explícito ". En el modelo, la dinámica de la etapa de larvas dispersas se rige por unecuación de reacción de difusión de advección, mientras que el crecimiento juvenil y adulto se describe mediante dos ecuaciones de diferencia que mapean la densidad de población en el año actual a la densidad de población en el próximo año ", dijo Huang. Estas ecuaciones combinan el modelo de crecimiento de población orientado al proceso conun modelo hidrológico, basado en los datos disponibles sobre la dinámica del flujo del río.
Investigadores anteriores han propuesto tres medidas de persistencia de la población que reflejan la producción reproductiva de los mejillones cebra. Las medidas denotan el nicho fundamental de la población, la distribución fuente-sumidero y la tasa reproductiva neta R 0 - el número promedio de mejillones adultos producidos de un solo adulto a lo largo de su vida útil.Si R 0 > 1, una población crecerá; si R 0 <1, se reducirá. Los autores extienden estas tres medidas tradicionales de población a su modelo híbrido para investigar el impacto del régimen de flujo en la distribución, la profusión y la propagación aguas arriba final.
"Determinamos las condiciones para la persistencia de los mejillones cebra en los ríos en función de la temperatura y la velocidad de flujo", dijo Huang. "La población persiste en un río solo cuando la velocidad del flujo es baja y la temperatura del agua es moderada. Encontramos quela población no puede persistir en un río si no puede extenderse río arriba "
El modelo exitoso de los autores ofrece múltiples oportunidades para un análisis posterior. Por ejemplo, uno podría adaptar el modelo para estudiar otros factores ambientales que afectan la persistencia de la población, como la estacionalidad ". Las condiciones de vida de una especie invasora y el entorno hidrodinámico en unel río puede variar estacionalmente ", dijo Huang." La teoría desarrollada aquí podría extenderse a modelos más generales al incluir variaciones estacionales en el crecimiento de la población y variaciones temporales del caudal ".
Además, la naturaleza activa de los ríos los hace propensos a paisajes e inconsistencias variables. "Las piscinas profundas y las aguas poco profundas en un río son ejemplos de heterogeneidades que generalmente ocurren en escalas espaciales más cortas que todo el tramo de un río", dijo Huang ".Sería interesante investigar más a fondo cómo los paisajes heterogéneos afectan la invasión exitosa de los mejillones cebra ". Los autores creen que estas heterogeneidades podrían hacer posible que los mejillones cebra persistan en los ríos incluso sin propagación aguas arriba.
Finalmente, los investigadores podrían usar su modelo híbrido para monitorear la dinámica de otras especies invasoras en los ríos, como el mejillón quagga Dreissena bugensis ."Los mejillones Quagga y Zebra poseen morfologías, ciclos de vida y ecologías funcionales similares, pero diferentes sensibilidades a los factores ambientales", dijo Huang."Los patrones de dominio relativo y exclusión competitiva entre estas especies pueden variar en el espacio y el tiempo. Como un esfuerzo futuro, planeamos extender nuestro modelo de una sola especie a un modelo de competencia para comprender cómo la interacción entre la tasa de flujo y los factores ambientales impactan la persistencia, extinción y exclusión competitiva en los ríos "
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Materiales proporcionados por Sociedad de Matemática Industrial y Aplicada . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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