3.06 Tesis doctorado

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Exploring interdependencies between social and ecological dimensions of climate change impacts: from natural to human-modified environments
(2025) Carvajal León, Mario Andrés; Gelcich, Stefan; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Las presiones del cambio climático han causado impactos observables tanto en entornos naturales como dominados por el hombre, alterando significativamente la forma en que ambos se relacionan entre sí. Estas presiones están influyendo en múltiples dimensiones, incluyendo A) los sistemas de producción agroganadera, amenazando la seguridad alimentaria, B) los ecosistemas naturales, afectando a especies clave que mantienen el equilibrio de los ecosistemas, y C) las comunidades tradicionales, alterando los estilos de vida y las prácticas de las comunidades humanas dependientes de recursos naturales limitados. Esta tesis explora impactos del cambio climático sobre dimensiones sociales y ecológicas, evidenciando realidades particulares, así como su vinculación armónica bajo determinadas visiones de futuro. En primer lugar, se estiman los patrones globales de estrés térmico en las principales especies ganaderas, mostrando dónde y cuándo se esperan impactos significativos en escenarios futuros de aumento de la temperatura (escala global). En segundo lugar, se estima el potencial bioenergético global de las especies suculentas en tierras de cultivo abandonadas, analizando las interdependencias y oportunidades de estas especies en un escenario de bioenergía y secuestro de carbono en un planeta cada vez más árido (escala global). En tercer lugar, se estudia el efecto del cambio climático sobre la dinámica poblacional de una especie ingeniera de ecosistemas en bosques templados del sur de Chile (Campephilus magellanicus) (escala local), evidenciando que los impactos del cambio climático son observables tanto para la actividad humana como para la biodiversidad. Finalmente, se estudian percepciones ante el cambio climático, particularmente como la capacidad adaptativa y algunas de sus dimensiones son percibidas por miembros de comunidades costeras del centro-sur de Chile. Los resultados presentados en esta tesis buscan aportar evidencias de diferentes dimensiones sociales y ecológicas en torno al cambio climático, cuyas particularidades son analizadas desde múltiples marcos conceptuales y metodológicos. Las perspectivas presentadas en este trabajo buscan evidenciar una diversidad de visiones de futuro en torno al desarrollo humano y su relación armónica con el medio natural desde una mirada de cambio global.
Functional traits, hydric status, and drought resistance in southern South America temperate forest trees
(2025) Castro Marambio, Benjamín Patricio; Armesto, Juan J.; Pérez Trautmann, María Fernanda; Oliveira, Rafael S.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Los bosques son ecosistemas terrestres primarios. Albergan la mayor parte de la diversidad biológica terrestre y participan estrechamente en los ciclos biogeoquímicos. Los dos ciclos más notables son los ciclos del carbono y del agua. Los bosques también interactúan con la atmósfera y desarrollan retroalimentación entre ellos. Son importantes para la vida humana y el mayor interés es el oxígeno que se obtiene intercambiándolo por dióxido de carbono. A medida que aumenta el conocimiento humano, hemos comenzado a comprender la dinámica del clima. Por ejemplo, los ciclos largos y cortos son variaciones de escala local a regional. Entendemos que el clima cambia con el tiempo. Sin embargo, los grandes beneficios de la entrega forestal y las actividades humanas han amenazado estos ecosistemas a través de la deforestación, la fragmentación y la quema de hidrocarburos. Las consecuencias del cambio global incluyen variaciones rápidas en el clima local. Durante las últimas décadas se han realizado diversos estudios sobre la disminución de las precipitaciones, el aumento de la temperatura y las sequías que afectan a los ecosistemas y los bosques. Por lo tanto, comprender la capacidad de los bosques, en particular la competencia de los árboles para aclimatarse, adaptarse y persistir en nuevas condiciones ambientales, es una preocupación importante para su propia conservación, pero también para toda la diversidad biológica que depende de ellos, la humana entre ellas. a ellos. El sur de Sudamérica posee un bosque único, aislado, diverso y altamente endémico, que es parte esencial de los procesos discutidos anteriormente para la región. Los modelos climáticos globales y locales coinciden en la disminución de las precipitaciones y el aumento de la temperatura durante el siguiente período en el sur de Sudamérica. Datos empíricos recientes han demostrado estos efectos en los ecosistemas del sur de América del Sur. Así, poco se sabe sobre la ecología fisiológica de estos bosques, su capacidad para aclimatarse en plazos más cortos, resistir en el medio y adaptarse en plazos más largos a los nuevos climas que se han pronosticado para esta zona del sur de América. Para comprender mejor las respuestas de los árboles forestales a la menor disponibilidad de agua en el sur de América del Sur, el presente trabajo utiliza en primer lugar el marco del “espectro económico rápido-lento” para revisar críticamente la literatura disponible sobre los bosques del sur de América del Sur y sus especies de árboles. Al examinar los rasgos anatómicos y fisiológicos, enmarcamos los bosques y las especies de árboles del sur de América del Sur como comportamientos rápido-lento y resistentes-evitantes, dilucidando su capacidad para utilizar el agua y hacer frente a su déficit. Analizamos rasgos económicos, como la fotosíntesis y el incremento del xilema, y rasgos hidráulicos, como el potencial hídrico al 50% de la pérdida de conductancia hidráulica. Incluimos un análisis de las sequías del último siglo en esta región. También estudiamos el potencial de aclimatación a los déficits hídricos en especies del sotobosque de bosques laurófilos templados fríos. Para ello, aprovechamos un experimento de exclusión de caída ubicado en el archipiélago de Chiloé (42 LS, 73 LW). Las especies de árboles han estado sujetas a exclusión de precipitaciones medias durante más de cinco años, cuando se eliminó > 20% de la precipitación incidente. Seleccionamos ocho especies tolerantes a la sombra que actualmente forman parte del sotobosque. Estas especies longevas son los árboles dominantes en las sucesiones tardías de este bosque. Evaluamos rasgos foliares anatómicos y fisiológicos en más de 90 individuos para evaluar si las especies fueron capaces de modificar y/o aclimatar las hojas a una disponibilidad reducida de agua. Nuestra hipótesis es que las especies y/o rasgos se aclimatarían para conservar agua en comparación con los individuos de referencia, como lo han demostrado otros experimentos de exclusión en otros ecosistemas forestales. Exploramos diferencias en los rasgos del estado hídrico (potencial osmótico, punto de pérdida de turgencia, contenido relativo de agua y potencial hídrico operativo), rasgos económicos (nitrógeno, carbono y área de masa foliar) y rasgos anatómicos/de intercambio de gases (δ13C y densidad estomática). Utilizando el marco del “espectro económico rápido-lento” para analizar los bosques y especies arbóreas del sur de América del Sur, encontramos tres resultados importantes: a) la mayoría de las especies de árboles parecen tener una alta variabilidad a nivel poblacional para soportar posibles déficits hídricos, b) Los tipos de bosques de América del Sur parecen tener especies que ocupan los diferentes nichos hidrológicos, encontrándose especies rápidas y lentas en todos los ecosistemas, y c) parece ser que los bosques del sur de América del Sur pueden no ser tan sensibles a la escasez de agua como se ha pensado. Entendimos que las sequías empezaron primero en el suroeste de Argentina hace más de un siglo, luego afectó al centro de Chile y más recientemente al sur de Chile. Esta progresión confirma un aumento en la frecuencia y la extensión de tales eventos en el sur de Sudamérica en las últimas décadas. Esta revisión ayudó a comprender el nicho hidrológico de las especies y, en consecuencia, sus reacciones ante los déficits hídricos. Aunque existe un conocimiento limitado sobre la ecofisiología de los árboles del sur de Sudamérica, terminamos con pistas importantes sobre estos bosques. En nuestra evaluación foliar de las especies en el experimento de exclusión de precipitación, no encontramos evidencia que respalde nuestra hipótesis de que los árboles se aclimatan a los déficits hídricos para mantener su estado hídrico como individuos de referencia. La mayoría de los valores de los rasgos fueron similares entre los tratamientos, pero otros parecían estar en contra de la aclimatación a los déficits hídricos. Por el contrario, los rasgos y las especies parecen convertirse en gastadores en lugar de conservadores, como se planteó en primer lugar la hipótesis. De hecho, encontramos diferencias estadísticas significativas entre tratamientos, especies y rasgos, lo que respalda la última afirmación. A pesar de la existencia de varios experimentos de exclusión de lluvia en diversos bosques de todo el mundo, ninguno ha mostrado resultados similares a los del presente estudio. Argumentamos que las condiciones ambientales del bosque laurófilo templado frío de Chiloé son muy distintivas, con altas precipitaciones y bajas temperaturas promedio. Por lo tanto, las precipitaciones excluidas fueron demasiado bajas para comprometer el uso del agua en esta especie. Además, los suelos de Chiloé se caracterizaban por su encharcamiento durante todo el año. En consecuencia, la extracción de agua en este ecosistema puede ser beneficiosa para los árboles, aliviando las limitaciones de oxígeno del suelo que estos individuos pueden experimentar. Concluimos que, en este caso, contrariamente a hallazgos anteriores, las reducciones en el aporte de agua no son necesariamente lineales con la aclimatación de las especies de árboles.
Modelamiento de la variabilidad espaciotemporal de bosques submarinos a lo largo de la costa del sistema de corrientes de Humboldt
(2024) Guajardo Rubilar, Eduardo Andrés; Faugeron, Sylvain Wielfrid; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Los bosques submarinos a nivel global han experimentado cambios significativos en las últimas décadas, con respuestas variables según especies y ecorregiones. Este estudio examina la distribución y dinámica temporal de los bosques de Lessonia trabeculata y Macrocystis pyrifera en el Sistema de Corrientes de Humboldt, utilizando dos aproximaciones metodológicas: (1) evaluaciones directas de densidad para L. trabeculata y (2) monitoreo satelital de la cobertura del dosel flotante para M. pyrifera. Los datos fueron analizados mediante Modelos Bayesianos Jerárquicos para evaluar variaciones espaciales y temporales, y modelos de clasificación binaria para identificar restricciones ambientales. Adicionalmente, se investigó la diversidad genética de M. pyrifera en relación con perturbaciones como olas de calor marinas.Los resultados mostraron patrones diferenciados entre especies y ecorregiones. L. trabeculata presentó disminuciones en las ecorregiones Humboldtiana y Chile-Central, asociadas a presión pesquera, mientras que en la ecorregión Araucana se registraron aumentos, posiblemente relacionados con la intensificación de la surgencia. Para M. pyrifera, se observaron variaciones en la cobertura del dosel vinculadas a centros de surgencia y diferencias estacionales entre ecorregiones.La distribución espacial también varió significativamente: L. trabeculata mostró discontinuidades asociadas a la influencia de ríos, mientras que M. pyrifera presentó una distribución fragmentada al norte de su rango, relacionada con surgencias y temperatura. El análisis genético reveló barreras al flujo génico cerca de los 33.5°S en M. pyrifera, junto con efectos negativos de las olas de calor en la diversidad alélica, particularmente al norte de los 20°S.Estos hallazgos destacan la necesidad de implementar estrategias de gestión y conservación diferenciadas por especie y región, considerando la variabilidad en las respuestas ecológicas y genéticas de estos bosques submarinos ante las presiones ambientales y antropogénicas.
Recent trends of forest ecosystems in the Anthropocene at multiple scales: linking carbon balance, water, erosion, and future changes
(2023) Alaniz Baeza, Alberto José; Marquet, P. A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Los ecosistemas de bosques han sido fuertemente afectados por la actividad humana, ya sea de forma directa a través del cambio de uso y cobertura de suelo, así como de forma indirecta mediante el cambio climático. Este tipo de presiones han alterado de manera significativa el funcionamiento de estos ecosistemas a múltiples escalas y en diferentes aristas. El carbono almacenado en estos ecosistemas se pierde por deforestación, mientras que las nuevas condiciones ambientales alteran los flujos y balances a escala del ecosistema. Adicionalmente, estos procesos pueden modificar otro tipo de dinámicas como la captación de aguas en las cuencas o los ciclos de erosión, los cuales usualmente dependen de una combinación de dinámicas hidrometeorológicas y coberturas de suelo. La presente tesis tiene por objetivo analizar las tendencias históricas y recientes de estas dinámicas a múltiples escalas. En primer lugar, se analizó el balance de carbono de los bosques a escala global, mediante la utilización de métodos de percepción remota y modelos interanuales de estimación de cambio en los stocks de carbono. En segundo lugar, se realiza un análisis a escala regional sobre el nivel de vulnerabilidad de las cabeceras de cuenca en Chile centro sur (38.4 a 43.2°S) desde un enfoque multifactorial, integrando degradación de las coberturas vegetales, cambio climático y cambio de cobertura de suelo. En tercer lugar, se generó un análisis a escala de cuenca para el caso del lago Lanalhue ubicado en la región del Bio-bío, en donde se estimaron las tendencias históricas (últimos 100 años) de la erosión, mediante la combinación de análisis sedimentológicos y modelos espacialmente explícitos de erosión. Finalmente, el último capítulo de la presente tesis muestra una perspectiva teórica en cuanto a la estimación de la temporalidad futura del riesgo de colapso de los ecosistemas de acuerdo con el marco de lista roja de ecosistemas amenazados. La presente tesis busca entregar un panorama general y multiescalar de las tendencias, procesos y desencadenantes de cambio en los ecosistemas de bosques con el fin de expandir el conocimiento acerca del impacto humano en la biodiversidad.
Variación de la distribución geográfica de especies del género neotropical diglossa (thraupidae): efecto de factores evolutivos y ecológicos
(2025) Quilarque Quijada, Evelin del Carmen; Pliscoff, Patricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La distribución actual de las especies puede está determinada por una interacción compleja defactores históricos, evolutivos, ecológicos y climáticos. Comprender como estos factores se combinan para modelar la distribución de especies en grupos con rasgos especializados sigue siendo un desafío central en ecología y biogeografía. Esta tesis aborda esta problemática en el género Diglossa (Thraupidae), un linaje de aves neotropicales altoandinas caracterizadas por su especialización en el consumo de néctar y adaptaciones morfológicas en el pico. Mediante un enfoque integrador, se exploran los factores evolutivos, ecológicos y biogeográficos que han influido en la diversificación y distribución actual de estas aves, así como las implicancias para su persistencia frente a escenarios de cambio climático.En el capítulo 1, se analiza la evolución del nicho climático en el género Diglossa, combinandoinformación filogenética, climática y de distribución. Para ello, se obtuvieron datos filogenéticos, de ocurrencia y climáticos de base de datos especializadas. Los resultados indican que Diglossa se originó en los Andes del Norte hace aproximadamente 15 millones de años, coincidiendo con pulsos de levantamiento andino. Se identificaron eventos de dispersión hacia Centroamérica y el Escudo, posiblemente a través de eventos fundadores. Aunque se detectó un conservadurismo de nicho marcado por variables de térmicas, también se evidenciaron divergencias en precipitación estacional, lo que sugiere una coexistencia de nichos conservados y divergentes. Estos hallazgos reflejan cómo la historia evolutiva y los procesos geológicos han delimitado, pero no completamente restringido, el espectro ecológico del género.El capítulo 2 presenta una revisión sistemática de la dieta de Diglossa en su rango de distribución. Se documentaron 175 especies de plantas pertenecientes a 49 familias utilizadas como recurso alimenticio, siendo predominantes las flores tubulares asociadas al síndrome de ornitofilia. Entre las que Las familias más consumidas destacan Ericaceae, Melastomataceae y Bromeliaceae. Aunque predomina el consumo de néctar, también se registraron consumos complementarios de frutos e insectos. Algunas especies como D. cyanea y D. humeralis, exhibieron dietas diversas y generalistas, mientras que otras, como D. indigotica, mostraron dietas altamente restringidas. Esta síntesis revela patrones de especialización trófica asociados a la historia natural de casa especie y destaca importantes vacíos de información en especies de distribución reducida o remota, como D. major, o D. gloriosissima. La dieta, por lo tanto, se posiciona como un eje central en la interpretación de los patrones ecológicos y evolutivos del grupo.En el capítulo 3, se examina la relación entre la amplitud de nicho trófico, morfología del pico y el área de distribución. Se observó que las especies con dietas más amplias tienden a ocupar ragos geográficos mayores, y que el ancho del pico muestra una relación marginalmente significativa con la amplitud dietaria. Sin embargo, no se encontró una asociación estadísticamente significativa entre el área de distribución y la amplitud del nicho en este grupo, lo que sugiere que factores ecológicos actuales, como la disponibilidad de plantas nectaríferas, podrían modular más fuertemente la distribución que los atributos evolutivos o morfológicos per se.En conjunto, este trabajo muestra que la diversificación y distribución de Diglossa responde auna interacción dinámica entre la herencia filogenética, adaptaciones ecológicas y disponibilidad de recursos. Se destaca cómo el conservadurismo de nicho, combinado con episodios de innovación ecológica, ha favorecido la coexistencia de especies en gradientes montañosos del neotrópico. Este estudio no solo aporta conocimiento novedoso sobre la ecología evolutiva de un grupo de aves especializadas, sino que también proporciona información clave para su conservación, especialmente en el contexto de pérdida de hábitat y cambio climático en ecosistemas de montaña altamente sensibles.

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