Ejemplos del Uso de Meta-Análisis en Acuicultura y Estudios Ambientales

Foto: http://yourshot.nationalgeographic.com/  

Por Rafael Fernández de Alaiza Garcia Madrigal

Publicado em 16/06/2016

Al procurar información sobre temas ambientales o de cultivos acuáticos, suele ocurrir que la gran cantidad de investigaciones publicadas, dificulta notablemente poder extraer una conclusión, o al menos la tendencia, sobre un determinado tema. En ese caso, suele pensarse en una revisión más sistemática (que nos ayude a poner un poco de orden en los innúmeros estudios disponibles), y en algún tipo de resumen que combine los resultados de los estudios más relevantes.   

La revisión sistemática o sistematizada debe de ser, en primer lugar, replicable. Es decir, debe explicarse en detalle que palabras clave fueron escogidas para realizar la búsqueda, y en que bases de datos la misma fue realizada (ejemplos: ISI Web of Science, Scopus, Google Scholar, Scielo, Science Direct, etc.). Lo anterior, permite que otras personas puedan reproducir dicha pesquisa. En algunos trabajos, incluso aparece detallado como fue el proceso de búsqueda (Fig. 1).

Una buena revisión, debe permitir identificar padrones generales y también los vacíos de conocimientos que precisan ser llenados, para poder orientar los estudios futuros.

Sin embargo, no se debe ceder a la tentación de combinar los datos de varios estudios, de distintos autores y épocas, considerándolos como si todos fueran parte de la misma investigación. Porque de esta forma no se tiene en cuenta la variabilidad de cada uno de esos estudios, ni el número de unidades experimentales que incluyó (por ejemplo, la cantidad de animales), ni tampoco la representatividad del universo estudiado (es decir, si las muestras fueron tomadas al azar).

Fig. 1 Proceso de búsqueda y selección de artículos científicos publicados sobre el tema. Fuente: Sousa e Ribeiro (2009).

La técnica estadística que sí tiene en cuenta los elementos mencionados, se llama Meta-análisis y pretendemos en estas notas resaltar su utilidad en los estudios de ecología y la acuicultura (Fig. 2). 

Fig. 2 Las técnicas meta-analíticas permiten utilizar métodos cuantitativos para comparar y combinar resultados de varios estudios analíticos similares. Estas herramientas son imprescindibles para estudiar asuntos complejos como los diversos cultivos acuáticos a escala mundial, que han tenido un crecimiento explosivo en los últimos 30 años. Foto: Marine Aquaculture #1, www.edwardburtynsky.com. 

Estudio I. Efectos ecológicos de la acuicultura sobre la columna de agua

Como parte del debate mundial sobre la acuicultura como importante actividad antrópica y su efecto potencial en perjuicio del medio ambiente, se han publicado muchos estudios, fundamentalmente de carácter descriptivo.  Es evidente que las instalaciones acuícolas tienen algún impacto tanto sobre la columna de agua como sobre los sedimentos. Sin embargo, en la gran cantidad de publicaciones sobre el tema, quedaban sin responder numerosas preguntas acerca de cómo, donde y cuando la acuicultura ha tenido efectos sobre el ambiente, que puedan ser cuantificados (Fig. 3).

Fig. 3 El maricultivo, al igual que otras formas de acuicultura, tiene un impacto evidente sobre la columna de agua y los sedimentos. Sin embargo, la necesidad de alimentos de alto valor proteico y de preservar el medio acuático, han motivado el desarrollo de métodos como la Acuicultura Integrada Multi-Trófica (IMTA, por sus siglas en inglés). En este sistema, algas, moluscos y otros invertebrados utilizan y reciclan los residuos de cada segmento. Imagen: Ocean Conservancy, 2009. http://tocdev.pub30.convio.net/images/. 

Estas interrogantes llevaron al investigador italiano Gianluca Sarà, a realizar en el 2006 una revisión sobre el tema, utilizando técnicas de meta-análisis. Como objetivo, se propuso proporcionar una estimación cuantitativa de los efectos de la acuicultura utilizando datos acumulados de la literatura científica revisada por expertos, publicada hasta esa fecha. El primero de una serie de estudios, estuvo dirigida a comprender si los nutrientes disueltos en la columna de agua, generalmente se ven afectados por las instalaciones de acuicultura.

Una de las principales afectaciones en los cuerpos de agua es la Eutrofización o Eutroficación, es decir, su enriquecimiento con nutrientes, a un ritmo tal que no puede ser compensado por la mineralización. Así, se produce materia orgánica en exceso, cuya descomposición reduce la concentración de oxígeno disuelto.

En este estudio, se realizó una clasificación de 425 estudios publicados sobre cultivos acuáticos, según el tipo de organismos cultivados (por ejemplo, pescado, camarones, bivalvos o policultivo), los lugares de cultivo (agua dulce, marina, salobre), la biomasa cultivada, la cantidad de especies, la calidad y cantidad de alimentos y el tipo de cultivo (intensivo, semi-intensivo, extensivo). Ya que estos son factores causales directos del riesgo de eutrofización, se pretendía demostrar la extensión o tamaño del efecto de cada uno de esos factores, sobre el medio ambiente. Precisamente, el cálculo de la magnitud de ese efecto a través del meta-análisis y cuanto ese efecto es diferente del provocado por los otros factores estudiados, le confieren a esta técnica importantes ventajas para síntesis de la investigación en ecología.

En este estudio, se tomó como “control”, zonas o áreas acuáticas sin acuicultura, para compararlas con las zonas donde se desarrollan los cultivos, según los datos que aparecen en cada estudio analizado. De modo simplificado, la medida más común de la magnitud del efecto para un determinado factor (digamos, el amonio, NH₄), es la diferencia entre las medias estandarizadas de dicho factor, en las zonas “control” y las zonas “cultivadas”.

Es decir, la resta de los promedios de la concentración de amonio en ambas áreas, se “estandariza”, dividiéndola por la desviación estándar o variabilidad de ambas áreas combinadas. Esta diferencia de medias estandarizada es la llamada “d de Hedges” (o simplemente d) y representa el tamaño o medida de ese efecto.

Convencionalmente, se considera un efecto “grande” cuando d es mayor o igual a 0,8 o superior, “medio” para valores de 0,5 y “pequeño” cuando d es igual a 0,2. En la Fig. 4, se representan los valores de d obtenidos en este estudio, para los nutrientes disueltos y para los grupos de organismosanalizados.

Fig. 4 Resultados generales meta-analíticos con (a) tamaño promedio del efecto, considerando todos los tipos de instalaciones acuícolas, para todos los estudios con cada nutriente (NH4 = amonio; NO2 = nitrito; NO3 = nitrato; PO4 = fósforo; SiO2 = silicatos; ALL = todos los nutrientes juntos); (b) tamaño promedio del efecto, para cada tipo de organismo sobre la concentración de nutrientes disueltos, para todos los niveles de nutrientes, en todos los estudios y en todos los ecosistemas juntos (SHR = camarones; FISH = peces; BIV = bivalvos; POLY = policultivo; ALL = todos los organismos juntos. Fuente: Sarà (2007).

Como puede observarse en el gráfico de la izquierda (a), la acuicultura en general, incrementa la concentración en la columna de agua, de todos los nutrientes estudiados (excepto los silicatos, que disminuyen), en comparación con las áreas sin cultivos. Por otra parte, en el gráfico b (a la derecha), se observa que para todos los tipos de organismos cultivados, y en especial en policultivo, se aprecia un efecto positivo con relación a todos los nutrientes, excepto el cultivo de bivalvos, que en general reduce la concentración de nutrientes. En este caso, el efecto puede considerarse pequeño, ya que para ambos gráficos, el valor de d es menor que 2,0.

Otros análisis y resultados son presentados en el artículo, e incluso algunos contradicen parcialmente la opinión común sobre los efectos de la acuicultura sobre el ambiente. Esto demuestra la utilidad de esta herramienta, para poder cuantificar el efecto de varios factores, lo que no hubiese sido posible con el análisis individual de cada investigación.

Estudio II. Impactos ecológicos globales de las especies invasoras en ecosistemas acuáticos

Las especies invasoras, están teniendo un innegable impacto sobre los ecosistemas acuáticos. Frecuentemente se ha observado, que dichas especies se diferencian funcionalmente de las especies nativas, lo cual genera un impacto ecológico a lo largo de la cadena trófica. Para conocer qué tan fuertes son estos impactos sobre los distintos grupos taxonómicos y tipos de hábitats, un grupo de investigadores del CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas), de Sevilla, España, se propuso hacer una revisión de la literatura científica sobre el tema.

Por supuesto, para poder realizar una revisión global, fue necesario aplicar la técnica del meta-análisis. La base de datos obtenida contiene información de 733 estudios en 166 artículos, sobre el impacto de las especies invasoras en varios grupos funcionales de especies acuáticas y las variables físico-químicas del agua. Según sus hábitos alimentarios, las especies invasoras se clasificaron en: productores primarios, filtradores, omnívoros y depredadores; y las componentes de la comunidad acuática residente en: macrófitas, fitoplancton, zooplancton, invertebrados bentónicos y peces. Por otra parte, los distintos hábitats acuáticos se clasificaron en: ríos, lagos y estuarios.

En el proceso de meta-análisis, fue calculado el tamaño del efecto de las especies invasoras (en sus cuatro posiciones tróficas), sobre las comunidades receptoras. Esto permitió, al final del trabajo, proponer un cuadro general que resume el tipo de vínculos (positivos y negativos) entre ellas (Fig. 5).

Fig. 5 Marco empírico que resume las relaciones identificadas en el estudio. Las flechas reflejan los impactos negativos (continua) o positivos (discontinua)de las especies invasoras en la abundancia de los cinco componentes funcionales diferentes de las comunidades residentes. Los impactos son el resultado de una combinación de impactos ecológicos directos (C, competencia, P, depredación,G, herbívoros, Gr, eliminación de herbívoros) e impactos físico-químicos indirectos de las especies invasoras (H, alteración del hábitat). Fuente: Gallardo et al. (2015).

La síntesis propuesta sugiere una fuerte influencia negativa de las especies invasoras sobre la abundancia de las comunidades acuáticas, en particular las macrófitas, zooplancton y peces. Sin embargo, no se apreció una disminución de la diversidad de especies en los hábitats invadidos, lo que sugiere que transcurre un tiempo entre los cambios de abundancia rápidos y extinciones locales de especies.

Considerando los fuertes vínculos tróficos que caracterizan a los ecosistemas acuáticos, este marco debe ser útil para prever a largo plazo las consecuencias de las invasiones biológicas, sobre la estructura y funcionalidad de los ecosistemas.

No es común en la literatura sobre las invasiones biológicas en ambientes acuáticos, una revisión tan amplia, que combina características del invasor y el ecosistema invadido. Sería difícil, sin el uso de las técnicas meta-analíticas, poder combinar el efecto de todos esos elementos de tantos estudios, para llegar a las generalizaciones propuestas.

Estudio III. Efectos de la repoblación de lagos con salmónidos sobre las poblaciones nativas de otras especies

Algunos resultados del meta-análisis realizado, con los datos de las especies de anfibios (urodelos y anuros)estudiadas, se representanen la figura 7.

Fig. 7 Cociente de probabilidad (“risk ratio”) de las especies de anfibios estudiadas. Los cuadros oscuros representan el valor medio para una de las especies listadas a la izquierda. Las líneas horizontales son los intervalos de confianza (95%). Cuando cociente de probabilidad es > 1 (cuadros oscuros a la derecha de la línea vertical), significa que es menos probable que esa especie de anfibio esté presente en un cuerpo de agua que contiene salmónidos que en un cuerpo de agua donde no los hay. Fuente:Stewart et al. (2007).

El cociente de probabilidad (“risk ratio”), que aparece en la figura, se define como la razón o cociente entre las probabilidades o chances entre dos eventos diferentes. En este caso, permite cuantificar cuán probable es que una especie, digamos, de rana, esté presente en un lago con o sin salmones.  Esta es otra forma de representar el tamaño del efecto de una determinada acción.

A partir de informaciones documentadas, fue posible comparar el efecto que tienen las repoblaciones, sobre las distintas presas presentes en esas comunidades. En el estudio se comprobó científicamente, por ejemplo, que la presencia de las especies Rana cascadae y Rana muscosa, se afectaba de forma significativa en los cuerpos de agua repoblados.

Como algunas de estas especies son de interés para la conservación, los autores recomendaron un enfoque precautorio en futuras repoblaciones de salmónidos, si se quieren evitar impactos potencialmente perjudiciales.

En resumen, a través de estos 3 estudios hemos comprobado la utilidad del meta-análisis, como herramienta estadística para revisiones que incluyen gran cantidad de datos diversos, como ocurre en los estudios ambientales y en algunos análisis de la acuicultura. En muchos casos, los efectos de determinada acción en la naturaleza no se evidencian en un solo trabajo, y sólo al combinar y comparar cuantitativamente el tamaño de dicho efecto en varios estudios, emerge un cuadro más claro y general de dichos efectos.

El meta-análisis puede proveer un resumen cuantitativo de los resultados disponibles, que constituirá una evidencia de mayor peso frente a políticos y administradores de recursos, que la mera descripción cualitativa del problema (Fernandez-Duque & Valeggia, 1994).