Científicos chinos revelan divergencias fenológicas entre plantas y animales bajo el cambio climático

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Un estudio colaborativo dirigido por el equipo de Piao Shilong y el equipo de Zhang Yao del Instituto de Neutralidad de Carbono de la Universidad de Pekín, revela los distintos mecanismos por los que las plantas y los animales responden al cambio climático en su fenología del ciclo de vida. Esta investigación proporciona evidencia completa a escala global sobre los cambios fenológicos asincrónicos entre plantas y animales.

Distribución global de registros fenológicos. a. Distribución de sitios de observación de fenología vegetal; b. Distribución de sitios de observación de fenología animal; c. Especies de plantas; d. Categorías de fenología vegetal; e. Clases de animales; f. Categorías de fenología animal. Crédito de la imagen: Lang Weiguang, Piao Shlong y Zhang Yao et al.

Cambio en los ciclos biológicos: El cambio climático ha alterado el momento de los ciclos biológicos recurrentes tanto en plantas como en animales. Esta asincronía puede interrumpir las interacciones tróficas, como las cadenas alimentarias, y amenazar la estabilidad y funcionalidad de los ecosistemas.

Por qué es importante:
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El cambio climático ha alterado el calendario de los ciclos biológicos recurrentes tanto en plantas como en animales. La asincronía en los cambios fenológicos entre plantas y animales puede alterar las interacciones tróficas, como las cadenas alimentarias, y, en última instancia, amenazar la estabilidad y la funcionalidad del ecosistema. Si bien se han documentado numerosas observaciones fenológicas para plantas y animales, la mayoría de los estudios se han limitado a escalas regionales o nacionales. Esta investigación sintetiza las observaciones fenológicas a escala mundial, ofreciendo información crítica sobre el impacto del cambio climático en la sincronía fenológica entre los paisajes.

Principales conclusiones
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El equipo de investigación compiló un conjunto de datos fenológicos globales, que abarca 451.956 series temporales fenológicas de plantas (que cubren 1.629 especies o géneros en 248 eventos) y 43.857 series temporales fenológicas animales (que cubren 949 especies o géneros en 432 eventos).

Datos globales: El equipo de investigación compiló un conjunto de datos fenológicos globales que abarca 451.956 series temporales fenológicas de plantas y 43.857 series temporales fenológicas de animales.

Cuanto más tardía es la fenofase de la planta, más avanza con el tiempo: Los análisis indican que las fenofases de las plantas durante la primavera y el verano avanzaron predominantemente con intervalos más cortos entre eventos consecutivos. Casi el 30% de los cambios fenológicos de primavera-verano en las plantas están influenciados por eventos anteriores, creando una respuesta dependiente del tiempo en la que los efectos del calentamiento se acumulan y amplifican a lo largo de las estaciones.

Avance de las fenofases de las plantas: Las fenofases de las plantas durante la primavera y el verano avanzan predominantemente con intervalos acortados entre eventos consecutivos. Casi el 30% de los cambios fenológicos de primavera-verano en las plantas están influenciados por eventos anteriores.

Los animales muestran una observación menos pronunciada de los cambios fenológicos al comienzo de la temporada activa que los vegetales: Los animales no muestran tendencias consistentes dependientes del tiempo a través de diferentes eventos fenológicos. Las primeras apariciones de Aves, Mammalia y Amphibia se retrasan a diferentes ritmos, mientras que la de Insecta exhibe una ligera tasa de avance. Estos cambios son mucho más débiles que las hojas de primavera o la floración de las plantas.

Menor cambio en animales: Los animales muestran menos cambios fenológicos pronunciados al inicio de la temporada activa en comparación con las plantas. Las primeras apariciones de aves, mamíferos y anfibios se retrasan a diferentes ritmos, mientras que las de insectos muestran una ligera tasa de avance.

Dependencia temporal de las fenofases en las plantas: La investigación encontró una fuerte vinculación temporal entre las fenofases de las plantas vecinas durante la primavera y el verano, con una clara tendencia hacia el acortamiento de los intervalos, posiblemente debido al aumento de la productividad de las plantas causado por el calentamiento y la fertilización con dióxido de carbono, acortando el tiempo requerido para producir follaje, flores o frutos.

Importancia:
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Este estudio subraya las conexiones intrínsecas entre los eventos fenológicos en las plantas y los mecanismos contrastantes en los animales, arrojando luz sobre la creciente asincronía causada por el cambio climático. El avance general de las fenofases tardías de las plantas es más significativo que el de los animales. Tales discrepancias pueden indicar diferentes (importancia relativa de) impulsores externos e internos para la fenología de plantas y animales. Los hallazgos proporcionan una nueva perspectiva para comprender los desajustes a nivel trófico y predecir la estabilidad de los ecosistemas bajo el calentamiento global en curso.

Importancia del estudio: Este estudio destaca las conexiones intrínsecas entre los eventos fenológicos en plantas y los mecanismos contrastantes en animales, arrojando luz sobre la creciente asincronía causada por el cambio climático.

¿Qué son los cambios fenológicos asincrónicos?
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Los cambios fenológicos asincrónicos se refieren a la desincronización en los ciclos biológicos recurrentes de plantas y animales debido al cambio climático. En otras palabras, estos cambios ocurren cuando las plantas y los animales experimentan alteraciones en el momento de sus eventos fenológicos, como la floración, la migración o la reproducción, de manera no sincronizada.

Por ejemplo, si las plantas comienzan a florecer antes debido al aumento de las temperaturas, pero los insectos polinizadores no ajustan su ciclo de vida al mismo ritmo, esto puede resultar en una falta de polinización adecuada. Esta asincronía puede interrumpir las interacciones tróficas, como las cadenas alimentarias, y amenazar la estabilidad y funcionalidad de los ecosistemas.

¿Qué es un evento fenológico?
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Es un acontecimiento en el ciclo de vida de una planta o un animal que ocurre en un momento específico del año y está influenciado por factores ambientales, como la temperatura, la luz solar y la disponibilidad de agua. Estos eventos incluyen la floración, brotación, migración, reproducción y la caída de hojas, entre algunas otras.

Por tanto, en las plantas, un evento fenológico puede ser el momento en que una especie de árbol comienza a florecer en primavera. En los animales, un evento fenológico podría ser la migración de aves hacia regiones más cálidas durante el invierno.

Estos eventos son cruciales para la supervivencia y reproducción de las especies, y cualquier cambio en su sincronización debido al cambio climático puede tener efectos significativos en los ecosistemas. Y por lo tanto, en los humanos.

El artículo, titulado “Phenological divergence between plants and animals under climate change”, fue publicado en Nature Ecology & Evolution. Lang Weiguang, investigador postdoctoral en la Facultad de Ciencias Urbanas y Ambientales de la Universidad de Pekín, es el primer autor. Piao Shi-Long y Zhang Yao son coautores correspondientes.
El artículo PKU scientists reveals phenological divergence between plants and animals under climate change es destacado en las series de PKU News “Why It Matters”. Escrito por Wu You y editado por Aden Tan.

English version
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PKU scientists reveals phenological divergence between plants and animals under climate change
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A collaborative study led by Piao Shilong’s team and Zhang Yao’s team from the Institute of Carbon Neutrality at Peking University reveals the distinct mechanisms by which plants and animals respond to climate change in their life-cycle phenology. This research provides comprehensive global-scale evidence on the asynchronous phenological changes between plants and animals.

Global distribution of phenological records. a. Distribution of plant phenology observation sites; b. Distribution of animal phenology observation sites; c. Plant species; d. Plant phenology categories; e. Animal classes; f. Animal phenology categories. Credit: Lang Weiguang, Piao Shilong, Zhang Yao et al.

Why it matters:
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Climate change has altered the timing of recurring biological cycles in both plants and animals. Asynchrony in phenological changes between plants and animals can disrupt trophic interactions, such as food chains, and ultimately threaten ecosystem stability and functionality. While numerous phenological observations have been documented for plants and animals, most studies have been limited to regional or national scales. This research synthesizes phenological observations on a globe scale, offering critical insights into the impact of climate change on phenological synchrony across landscapes.

Key Findings:
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The research team compiled a global phenological dataset, encompassing 451,956 plant phenological time series (covering 1,629 species or genera across 248 events) and 43,857 animal phenological time series (covering 949 species or genera across 432 events).

The later the plant phenophase, the more it advances over time: Analysis indicates that plant phenophases during spring and summer predominantly advanced with shortened intervals between consecutive events. Nearly 30% of spring-summer phenological shifts in plants are influenced by prior events, creating a time-dependent response where warming effects accumulate and amplify over seasons.

Illustration of asynchronous phenological changes between plants and animals in the Northern Hemisphere. Credit: Lang Weiguang, Piao Shilong, Zhang Yao et al.

Animals show less pronounced observation on phenological changes at the start of the active season than for plants: Animals show no consistent time-dependent trends across different phenological events. The first occurrences of Aves, Mammalia and Amphibia are delayed at various rates, while that for Insecta exhibits a slight advancement rate. These shifts are much weaker than spring leafing or flowering of plants.

Temporal dependency of phenophases in plants: The research found a strong temporal linkage between neighbouring plant phenophases during spring and summer, with a clear trend towards shortening of intervals, potentially due to the increased plant productivity caused by warming and carbon dioxide fertilization, shortening the time required to produce foliage, flowers or fruits.

Significance:
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The study underscores the intrinsic connections between phenological events in plants and the contrasting mechanisms in animals, shedding light on the increasing asynchrony caused by climate change. The overall advancement of late-season phenophases for plants is more significant than that for animals. Such discrepancies may indicate different (relative importance of) external and internal drivers for plant and animal phenology. The findings provide a new perspective for understanding trophic-level mismatches and predicting ecosystem stability under ongoing global warming.

The paper “Phenological divergence between plants and animals under climate change”, was published in Nature Ecology & Evolution. Lang Weiguang, a postdoctoral researcher at the College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, is the first author. Piao Shi-Long and Zhang Yao are co-corresponding authors.
This article is featured in PKU News’ “Why It Matters” series. Written by Wu You. Edited by: Aden Tan