En este proyecto se aborda el estudio de la diferenciación poblacional en ambientes con diferentes grados de aislamiento geográfico, y se estudia la variación geográfica en las características de historia de vida para así modelar el impacto de diferentes escenarios de cambio climático global en la distribución de las especies. Para ello, se proponen utilizar inicialmente dos especies de cactáceas columnares como organismos modelo de estudio. Este proyecto formará dos estudiantes de posgrado: uno a nivel de maestría y el otro a nivel de doctorado. Las dos preguntas fundamentales del proyecto pueden resumirse en: 1) En especies de plantas con polinizadores y dispersores de larga distancia con distribución en la península de Baja California, en las islas y en el continente, ¿Qué procesos han sido más relevantes en la evolución: los de geodispersión, o los de vicarianza? 2) Ante un escenario de cambio climático global, con un incremento en la aridez, pero también en la varianza en temperaturas extremas y precipitación, ¿Cuál será la distribución esperada de las especies en diferentes escenarios de cambio climático; una reducción, un incremento o un mantenimiento del ámbito de distribución específico? Para analizar la primera pregunta, se utilizarán marcadores genéticos que nos permitirán evaluar la diversidad y el flujo genético entre poblaciones de un cactus de amplia distribución en ambas costas del Golfo de California: el pitayo (Stenocereus thurberi). La segunda pregunta, requiere del uso de técnicas demográficas y de crecimiento individual para modelar el éxito reproductivo y el establecimiento en diferentes poblaciones de una cactácea emblemática del Desierto Sonorense: el sahuaro (Carnegiea gigantea) y proyectar su distribución futura bajo diversos escenarios de cambio climático.

Utilizando como organismos modelo las especies de cactáceas columnares, el desarrollo de este proyecto contribuye con: 1) aportaciones de investigación básica sobre ecología y evolución, incluyendo los fenómenos de flujo genético y vicarianza, 2) La generación de información básica de carácter demográfico para modelar las consecuencias en la distribución en diferentes escenarios de cambio climático global, 3) el establecimiento de los cimientos para establecer la conservación y protección de los recursos genéticos, 4) La generación de información para el uso sustentable de los recursos naturales autóctonos, y 5) la formación de recursos humanos de alta calidad. Aun cuando, desde la década de los ochenta Lande (1988) propuso que el estudio de la biología de la conservación requiere del conocimiento multidisciplinario entre la demografía y la genética de poblaciones (disciplinas que son integrados en esta propuesta), los trabajos que integran estos aspectos para el estudio de poblaciones vegetales en condiciones naturales, son relativamente escasos (Alvarez-Buylla et al., 1996; Booy et al., 2000), y prácticamente nulos para especies de zonas áridas. Las cactáceas columnares, especies muy importantes de las comunidades de los desiertos cálidos de América, proveen de grandes cantidades de recursos florales y de frutos que mantienen altas densidades de murciélagos, aves e insectos que hacen uso del néctar, polen y frutos. También sirven de refugio a muchos animales que hacen uso de su sombra y sus ramas y del tejido muerto. Estas interacciones positivas contribuyen al mantenimiento de las especies y promueven la diversidad. Las cactáceas columnares también son importantes en términos económicos y representan una base importante en la cultura de los grupos indígenas del México árido (Felger y Moser, 1985; Casas, 2001; Yetman, 2007). Por su morfología, usos y valor cultural, las cactáceas columnares representan un enlac entre el hombre y su entorno. Es por ello que su estudio combina la búsqueda etnográfica, el conocimiento ecológico básico, el manejo de comunidades naturales por el hombre, los procesos de degradación ambiental y la restauración ecológica. Por estas razones, conocer los factores que controlan su abundancia y distribución es relevante para entender su dinámica ecológica. Un análisis del manejo actual de los recursos naturales hace evidente la ruptura de los procesos naturales, la disminución de los servicios ecosistémicos y la disminución de poblaciones y especies clave para el funcionamiento de los ecosistemas. La pérdida del hábitat y la fragmentación que resulta de cambios en el uso de suelo, son algunos de los factores que más contribuyen a la disminución de las poblaciones. Por tal motivo, el crear modelos y analizar cómo está cambiando el paisaje, tanto espacial como temporalmente, resulta cada vez más importante. En este contexto, los modelos relacionados con la demografía y el crecimiento de la población y de los organismos individuales son poderosas herramientas para predecir la respuesta de las especies al CCG (Pacala y Hurtt 1993; Botkin et al., 2007; Adler y HilleRisLambers 2008). Una primera aproximación al estudio del efecto del CCG al nivel poblacional consiste en identificar las tasas demográficas (por ejemplo, la supervivencia, crecimiento o reclutamiento, o los patrones de crecimiento relativo de los individuos) de mayor impacto en la dinámica de la población. El segundo paso es cuantificar la influencia de las variables climáticas críticas en las tasas demográficas y el crecimiento individual. Los modelos resultantes pueden ser utilizados para estimar las tasas de crecimiento poblacional bajo una variedad de escenarios climáticos. Complementariamente, la genética de poblaciones analiza parámetros genéticos que describen la forma en la que la variación genética se distribuye dentro y entre poblaciones (Wright, 1951). Estos atributos poblacionales se ven afectado por factores microevolutivos como la selección natural, la mutación, el flujo génico y la deriva génica (Hartl y Clark, 1997, Hamrick et al., 1992; Lewis y Crawfors, 1995). Así, el estudio de la genética de poblaciones es indispensable para evaluar el potencial evolutivo de las poblaciones, y la capacidad de éstas para adaptarse a cambios del ambiente (Frankham et al, 2002). Una pregunta central pertinente a la evolución de poblaciones locales se refiere al grado de diferenciación fenotípica que exhiben los individuos de poblaciones cercanas entre si, en ausencia de barreras geográficas, y la de poblaciones que presentan un elevado grado de aislamiento. En este sentido existe un intenso debate acerca del desarrollo de fenómenos de especiación en poblaciones simpátricas, versus el paradigma tradicional de la síntesis moderna que invoca la presencia de barreras geográficas como requisito para la diferenciación poblacional. Otra pregunta especialmente importante es la exploración de las ventajas que representa la plasticidad sobre la diferenciación genética; una característica, que se ha hipotetizado está asociada a la escala espacial de la variación en los factores ambientales. La dinámica poblacional de la mayoría de las especies de cactáceas columnares depende fuertemente de sus interacciones ecológicas tanto con animales como con plantas. A nivel geográfico, los factores abióticos juegan también un importante papel en los patrones de distribución al establecer límites de tolerancia relacionada con condiciones de carácter fisiológico. Ambos fenómenos provocan una extensa variación fenotípica en características vegetativas y reproductivas, así como en la expresión de características relacionadas con la variación espacial y temporal al nivel inter e intrapoblacional. Por estas razones, conocer los factores que controlan la abundancia y distribución, y especialmente la asociación entre entorno geográfico y características de historia de vida, son importantes para entender tanto la dinámica ecológica como los procesos evolutivos. Finalmente, el entendimiento de los procesos de diferenciación geográfica, tiene una aplicación directa en el caso general de las cactáceas columnares. El conocimiento de la base de variación fenotípica y sus componentes genéticos es fundamental para el aprovechamiento, la selección y la domesticación de plantas como el pitayo (Stenocereus thurberi) que tradicionalmente han sido cosechadas por los pobladores nativos y que actualmente son muy apreciadas entre la población mestiza ya que los frutos silvestres son comercializados en los mercados regionales. En una época donde se valora cada vez más el paradigma de la sustentabilidad, las acciones de protección de los recursos genéticos y su utilización, son beneficiarias directas del conocimiento básico y representan la derrama social de la investigación básica.