Cambio climático, nicho térmico y conservación de la biodiversidad subterránea

Abstract

Predecir los efectos del cambio climático y diseñar estrategias efectivas de conservación de la biodiversidad son dos de los grandes retos actuales para la comunidad científica. El medio subterráneo es uno de los pocos ecosistemas donde, por sus condiciones ambientales constantes, se pueden obtener predicciones precisas de la respuesta de sus especies al cambio climático. Además, está directamente conectado a la superficie, viéndose afectado por diversas amenazas humanas que han desencadenado procesos de alteración que están provocando la pérdida de biodiversidad subterránea. Por lo tanto, es urgente evaluar si las redes de espacios protegidos actuales son efectivas para la protección de la biodiversidad subterránea. Los objetivos generales de esta tesis son: i) predecir la vulnerabilidad de la biodiversidad subterránea frente al cambio climático, combinando información sobre la fisiología térmica, ecología y relaciones evolutivas de diferentes especies de invertebrados subterráneos de varios grupos y de distintas áreas geográficas, y ii) evaluar la efectividad de las redes de espacios protegidos para conservar la biodiversidad subterránea. La tesis se estructura en 4 objetivos específicos:

En el objetivo 1, se estimó el límite térmico superior de un pseudoescorpión subterráneo utilizando dos metodologías diferentes: i) a partir de las condiciones climáticas de sus localidades actuales y ii) a partir de experimentos fisiológicos. Los resultados del primer método muestran que, el riesgo de extinción local podría ser alto para al menos la mitad de las poblaciones de la especie estudiada. Este mensaje alarmante puede atenuarse al considerar los resultados de los experimentos fisiológicos, mostrando que enfoques complementarios para estimar la tolerancia térmica proporcionan predicciones más precisas de la capacidad de las especies de afrontar el cambio climático.

En el objetivo 2, se determinó la plasticidad del límite térmico superior de 3 escarabajos con diferente grado de especialización al medio subterráneo sometidos a distintos tratamientos de aclimatación. Se demostró que las especies más especializadas al medio subterráneo profundo carecen de capacidad de aclimatación. Sin embargo, la especie menos especializada es capaz de aumentar los límites térmicos superiores tras unos días expuesta a mayor temperatura.

En el objetivo 3, se estimó el límite térmico superior de 16 escarabajos subterráneos, se caracterizó su grado especialización al medio subterráneo utilizando rasgos morfológicos y ecológicos, y se obtuvieron datos de la temperatura del hábitat de cada especie. Los resultados muestran que las especies altamente especializadas tienen menor tolerancia al calor, independientemente de la temperatura media de su hábitat. Por lo tanto, la vulnerabilidad de las especies subterráneas frente al cambio climático dependerá en gran medida de su grado de especialización al medio subterráneo profundo.

En el objetivo 4, se generó una base de datos de distribución de especies subterráneas de dos grupos taxonómicos (escarabajos y arañas) en dos puntos calientes de biodiversidad subterránea (Pirineos y Alpes), se identificaron áreas prioritarias para su conservación, y por último se evaluó hasta qué punto están incluidas en las redes de áreas protegidas superficiales. Más del 70 y el 90% de las áreas prioritarias para la conservación de la biodiversidad subterránea (y el 40 y el 22% de las especies) no están efectivamente cubiertas por zonas protegidas en los Pirineos y los Alpes, respectivamente. Además, se identificaron 49 cuencas más en los Pirineos y 22 en los Alpes que sería necesario proteger para cubrir a todas las especies que actualmente se encuentran fuera de espacios protegidos. Estos resultados ponen de manifiesto la urgente necesidad de desarrollar un plan coherente de conservación de la biodiversidad subterránea.

Predicting the effects of climate change and designing effective biodiversity conservation strategies are two major challenges for the scientific community. The subterranean environment is one of the few ecosystems where, due to its constant environmental conditions, it is possible to obtain accurate predictions of the species response to climate change. Moreover, it is directly connected to the surface and consequently, affected by several human threats that have triggered alteration processes leading to the loss of subterranean biodiversity. It is therefore urgent to assess how far the current networks of protected areas are effective for the protection of subterranean biodiversity.

The main objectives of this thesis are: i) to predict the vulnerability of subterranean biodiversity to climate change, combining information on the thermal physiology, ecology and evolutionary relationships of different subterranean species from several taxonomic groups and study areas, and ii) to assess the effectiveness of protected area networks in conserving subterranean biodiversity.

The thesis is structured in 4 specific objectives:

In the objective 1, the physiological upper thermal limit of a subterranean pseudoscorpion was estimated following two different approaches: i) from climatic data in its current localities; and ii) from physiological experiments. The results show that, according to the first method, the risk of local extinction could be high for at least half of the populations of the species studied. This alarming message can be mitigated by considering the results of the physiological experiments, which shows that complementary approaches to estimating thermal tolerance provide more accurate predictions of the species' ability to cope with climate change. In the objective 2, the plasticity of the upper thermal limit of 3 beetles with different degrees of subterranean specialization, exposed to different acclimation treatments, was determined. The most specialized species to the deep subterranean environment lacked acclimation capacity. However, the least specialized species was able to increase the upper thermal limits after a few days of exposure to higher temperature. In the objective 3, the upper thermal limit of 16 subterranean beetles was estimated, their degree of specialization to the subterranean environment was characterized using morphological and ecological traits, and habitat temperature data

were obtained for each species. The results show that highly specialized species have lower heat tolerance than less specialized ones, regardless of the mean temperature of their habitat. Therefore, the vulnerability of subterranean species to climate change will greatly depend on their degree of specialization to the deep subterranean environment.

In the objective 4, a distribution database of subterranean species of two taxonomic groups (beetles and spiders) in two subterranean biodiversity hotspots (the Pyrenees and the Alps) was compiled in order to i) identify priority areas for their conservation, as well as ii) to assess the extent to which they are covered by surface protected areas. More than 70 and 90% of the priority areas for subterranean biodiversity conservation (and 40 and 22% of the species) are not effectively covered by protected areas in the Pyrenees and the Alps, respectively. In addition, forty-nine more hydrographic basins were identified in the Pyrenees and 22 in the Alps that would need to be protected to cover all species that currently are outside protected areas. These results highlight the urgent need to develop a coherent plan for the conservation of subterranean biodiversity.