lunes, 29 de enero de 2018

El lado oscuro de la luz: cómo la iluminación artificial está dañando el mundo natural

El mundo está iluminado por la noche como nunca antes, y los ecolólogos están evaluando el daño.

En los mini-ecosistemas en los Países Bajos, los investigadores prueban los efectos de la luz artificial. Crédito: Kamiel Spoelstra / NIOO-KNAW

Fuente: Nature
Fecha: 16 enero 2018


Es una noche de verano cerca de un lago en el bosque en Alemania y algo antinatural está sucediendo. Más allá de las aguas oscuras que bañan las costas, un tenue resplandor emana de los anillos de luz que se ciernen sobre la superficie. Las cercanas antorchas rojas, la parte menos perturbadora del espectro visible, delatan la presencia de científicos en la costa. Están probando lo que sucede cuando roban la noche a las criaturas del lago.

Este experimento cerca de Berlín es el más ambicioso de varios proyectos que se desarrollan en parcelas oscuras de los campos de Europa, creados en los últimos años para investigar qué está haciendo la contaminación lumínica en los ecosistemas. Los investigadores están cada vez más preocupados por el problema. Aunque muchos estudios han documentado cómo la luz artificial daña a las especies individuales, los impactos sobre los ecosistemas completos y los servicios que brindan, como la polinización de cultivos, son menos claros. Varios estudios de campo esperan dar respuestas, al monitorear cómo las comunidades de plantas y animales responden tanto a la luz directa como a la luminiscencia antinatural más difusa del cielo nocturno, conocida como skyglow.


Los ecólogos afrontan desafíos tales como medir la luz con precisión y evaluar cómo se comportan varias especies en respuesta. Pero los primeros resultados sugieren que la luz por la noche ejerce un estrés generalizado y prolongado en los ecosistemas, desde las costas hasta las tierras de cultivo y las vías fluviales urbanas, muchas de las cuales ya sufren otras formas más conocidas de contaminación. Es un punto ciego importante, dice Steve Long, biólogo de plantas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y editor de la revista Global Change Biology. "Ahora sabemos mucho sobre los impactos del aumento del CO2", dice. "Pero, ¿cuán extensos son los impactos de la contaminación lumínica? Estamos jugando con nuestro futuro en lo que estamos haciendo con el medioambiente ".



En la década de 1950, el fisiólogo holandés Frans Verheijen comenzó a estudiar cómo las luces atraen a los animales e interfieren con su comportamiento. Y durante la década de 1970, comenzaron a aparecer más observaciones biológicas de los impactos de la luz en la literatura. Pero se necesitaron dos biogeógrafos de pensamiento lateral: Catherine Rich, presidenta del Urban Wildlands Group en Los Ángeles, California, y Travis Longcore, ahora en la Universidad del Sur de California en Los Ángeles, para ver los vínculos entre ellos y organizar una conferencia en 2002, seguido de un libro, Ecological Consequences of Artificial Night Lighting (Island, 2006), que señala cuán lejos se extienden los zarcillos de la noche iluminada.


Para la gran mayoría de los organismos, ya sean humanos, cucarachas o volutas de plancton, el ciclo de la luz y la oscuridad es un regulador influyente de la conducta. Media el cortejo, la reproducción, la migración y más. "Desde que la vida evolucionó, la Tierra ha cambiado drásticamente, pero siempre ha habido días de luz y noches oscuras", dice Christopher Kyba, físico del Centro de Investigación de Geociencias de Alemania en Potsdam. "Cuando lo cambias, tienes la preocupación de que podría arruinar muchas cosas".

El ritmo de ese cambio está aumentando. Las impactantes imágenes del espacio en las últimas dos décadas revelan hasta qué punto la noche está desapareciendo. Las estimaciones sugieren que más de una décima parte del área terrestre del planeta experimenta luz artificial en la noche, y que se eleva al 23% si se incluye el brillo del cielo. La extensión de las áreas exteriores iluminadas artificialmente aumentó un 2% cada año entre 2012 y 2016. Un conductor inesperado de la tendencia es la instalación generalizada de diodos emisores de luz (LED), que están creciendo en popularidad porque son más eficientes que otras bombillas . Tienden a emitir una luz blanca de amplio espectro que incluye la mayoría de las frecuencias importantes para el mundo natural.

La tendencia ha tenido profundos impactos en algunas especies; las luces son bien conocidas por desorientar a las aves migratorias y las tortugas marinas, por ejemplo. Los científicos también han descubierto que la oscuridad que desaparece perturba el comportamiento de los grillos, las polillas y los murciélagos, e incluso aumenta la transmisión de la enfermedad en las aves.


Los efectos más letales son quizás sobre los insectos: fuentes de alimentos vitales y polinizadores en muchos ecosistemas. Una estimación de los efectos de las farolas en Alemania sugirió que la luz podría eliminar más de 60 mil millones de insectos en un solo verano. Algunos insectos vuelan directamente a las lámparas y chisporrotean; algunos colapsan después de rodearlos durante horas.

Menos estudios han examinado las plantas, pero aquellos que han sugerido que la luz también los está alterando. En un estudio realizado en el Reino Unido, los científicos tomaron un registro de 13 años sobre el momento de la apertura del brote en los árboles, y lo combinaron con imágenes satelitales de iluminación nocturna. Después de controlar el calor urbano, descubrieron que la iluminación artificial estaba relacionada con árboles que eclosionaban sus capullos más de una semana antes, una magnitud similar a la predicha para 2 ° C de calentamiento global. Un estudio de las granjas de soja en Illinois encontró que la luz proveniente de las carreteras adyacentes y de los automóviles que pasaban podía retrasar la maduración de los cultivos hasta por siete semanas, así como también reducir el rendimiento.


Efectos en el ecosistema

Ahora, están llegando los resultados de algunos experimentos ambiciosos. Uno de los más grandes es un experimento de campo en los Países Bajos, donde ocho ubicaciones en reservas naturales y lugares oscuros albergan varias filas de farolas. Las filas son de diferentes colores (verde, rojo, blanco y una hilera de control desactivada) y se ubican desde en un campo de pastizales o brezales hasta un bosque. Desde hace seis años, científicos y voluntarios han utilizado cámaras trampa para controlar la actividad de mamíferos pequeños; detectores automáticos de murciélagos para registrar llamadas de ecolocalización; redes de niebla para atrapar pájaros; y cajas nido para evaluar el momento y el éxito de la cría. Los botánicos están estudiando la vegetación debajo de las lámparas.



Un mapa del brillo del cielo nocturno en Europa, donde el negro es cielo prístino y las áreas rojas son 5-10 veces más brillantes.


El equipo ha encontrado evidencia fisiológica de los efectos perjudiciales de la contaminación lumínica en la salud de los animales salvajes. Las aves canoras que se posaron alrededor de la luz blanca estaban inquietas durante la noche, dormían menos y tenían cambios metabólicos que podrían indicar una peor salud8. El proyecto también analizó cómo la luz afecta a los murciélagos, que han tenido fortunas mixtas bajo la explosión de la iluminación artificial. Algunas especies, como el pipistrelle común (Pipistrellus pipistrellus), se deleitan con el buffet de insectos que encuentran en las lámparas circulando. Otros murciélagos tímidos como la luz han perdido el hábitat y han desaparecido de algunos lugares. En el estudio de los Países Bajos, la luz roja no tuvo ningún efecto sobre ninguna de las especies de murciélagos, lo que significa que podría desplegarse en lugar de las blancas.

Pero el experimento ha arrojado algunos hallazgos desconcertantes. Varios estudios urbanos descubrieron que la luz artificial en la noche hace que los pájaros cantores canten más temprano en el día. Debido a que las hembras tienden a seleccionar machos que cantan temprano, el coro de amanecer desplazado podría estar afectando a las aves que se reproducen. Pero el equipo de los Países Bajos no encontró ningún efecto en ninguna de las 14 especies de pájaros cantores. Es posible que la iluminación sea demasiado débil para provocar un efecto; está calibrada para reflejar el nivel en las carreteras nacionales y las ciclovías, en lugar del resplandor de un parque urbano.

Ambos tipos de resultados son útiles para los gobiernos locales, dice Kamiel Spoelstra, biólogo del Instituto de Ecología de los Países Bajos (NIOO-KNAW) en Wageningen, quien lidera el proyecto. Los hallazgos de su equipo se están incorporando a las regulaciones holandesas sobre iluminación exterior. Por ejemplo, dice, algunas áreas que buscan apoyar a las poblaciones locales de murciélagos han cambiado a la luz roja, una tendencia que espera aumentar.

La luz coloreada también adorna las praderas del sudoeste de Inglaterra, donde un proyecto conocido como Ecolight en busca evidencias de "efectos en cascada", en los cuales la influencia de la luz sobre una especie tiene efectos en el ecosistema.


Los cubos brillantes utilizados por Ecolight podrían confundirse con una instalación artística. Los científicos dirigidos por Kevin Gaston, especialista en biodiversidad y conservación de la Universidad de Exeter, Reino Unido, acaban de terminar de investigar 54 comunidades artificiales de pastizales. En algunos de los cubos, escarabajos, babosas, áfidos de guisante y 18 especies de plantas confusas a lo largo de 5 años, aisladas del mundo exterior. Otras cajas eran más simples, contenían solo plantas y herbívoros, o solo plantas. Por la noche, algunos fueron iluminados con luz blanca, otros con ámbar, y algunos solo vieron el cielo crudo.

Los efectos de la luz en los pastizales son importantes, en parte porque el césped que se encuentra al borde de la carretera proporciona refugios y corredores para la vida silvestre en las áreas urbanizadas. Los científicos descubrieron que la luz ámbar y, en menor medida, el blanco, suprimían la floración en el trébol (Lotus pedunculatus). Y había un efecto de cascada en las cajas con luz ámbar. Durante agosto, cuando los áfidos de los guisantes pasan de comer brotes a festejar con cabezas de flores, su número disminuyó, presumiblemente porque su comida era menos abundante. "Creo que esta es la primera evidencia experimental de un fuerte efecto ascendente de la exposición a la luz artificial", dice Gaston. En su último trabajo inédito, el equipo revela nuevos efectos, en cascada sobre los depredadores de los sistemas.

Otro experimento elaborado, en una reserva de cielos oscuros en el Parque Natural Westhavelland en Alemania, ha demostrado que estos efectos en cascada pueden extenderse a los ecosistemas vecinos. Las farolas erigidas cerca de zanjas llenas de agua atraen a los insectos acuáticos fuera del agua, dice Franz Hölker, ecohidrólogo del Instituto Leibniz de Ecología de Agua Dulce y Pesca Interior de Berlín. Los insectos acuden a las lámparas, se agotan y se convierten en alimento para los depredadores cercanos. Mientras tanto, el interior, que de otro modo podría haber recibido visitas de insectos, se ve privado de una importante fuente de alimentos, dice.


Estudios como estos, que ponen estas relaciones al descubierto en estudios en pequeña escala bien controlados, significan que "es más probable que esos impactos sean tomados en serio en el campo y por los reguladores que consideran los impactos de la iluminación", dice Longcore.

La luz artificial también puede tener un impacto en los servicios de los ecosistemas: los beneficios que los ecosistemas proporcionan a los humanos. Un estudio publicado en Nature el año pasado descubrió que iluminar un conjunto de prados suizos detenía a los insectos nocturnos polinizando las plantas. Un equipo dirigido por Eva Knop del Instituto de Ecología y Evolución de la Universidad de Berna descubrió que las visitas de insectos a las plantas cayeron casi dos tercios bajo luz artificial y que la polinización diurna no pudo compensar: las plantas produjeron un 13% menos Fruta. El equipo de Knop pronosticó que estos cambios tenían el potencial de convertirse en cascada para la comunidad de polinizadores diurnos mediante la reducción de la cantidad de alimentos disponibles. "Este es un estudio muy importante, que demuestra claramente que la luz artificial en la noche es una amenaza para la polinización", dice Hölker.


Cielos iluminados

Gran parte de la Tierra permanece libre de luz artificial directa, pero el brillo del cielo (la luz que se dispersa de vuelta a la Tierra por los aerosoles y las nubes) está más extendida. Puede ser tan débil que los humanos no pueden verla, pero los investigadores dicen que aún podría amenazar al 30% de los vertebrados y al 60% de los invertebrados que son nocturnos y exquisitamente sensibles a la luz.

El skyglow "casi con certeza" tiene un impacto en la biodiversidad, dice Gaston, porque el nivel está muy por encima de los umbrales para desencadenar muchas respuestas biológicas. Y, sin embargo, dice, "en realidad es bastante difícil hacer el estudio definitivo".



Este experimento de pastizales apoya la idea de que la luz roja es relativamente benigna para la vida silvestre. Crédito: Kamiel Spoelstra / NIOO-KNAW


Ahí es donde entra en juego el experimento del lago del bosque. Círculos de luz resplandecientes se ciernen sobre los cilindros hundidos en el lago Stechlin, recreando un brillo celestial. Son obra del físico de Leibniz, Andreas Jechow, quien tuvo que encontrar la manera de producir iluminación uniforme de bajo nivel sin bloquear la luz del día o impedir el acceso de los científicos. Él y su equipo lograron esto usando herramientas de fotónica de última generación, como un modelo avanzado de trazado de rayos. "Éramos demasiado ignorantes como biólogos sobre la complejidad de la luz como un fenómeno físico", dice Mark Gessner, director del proyecto, conocido como The LakeLab, y co-líder de su proyecto de luz artificial, llamado ILES (Illuminating Lake Ecosystems) . En el pasado, algunos experimentos incluso no han tenido en cuenta el hecho de que la Luna se mueve a través del cielo, agrega.

La idea de ILES era ampliar los hallazgos de un estudio bien conocido de zooplancton, que vive en aguas profundas y oscuras durante el día y migra a aguas menos profundas durante la noche para pastar con algas. Se cree que este movimiento es la mayor migración de biomasa en el mundo. Un estudio14 en lagos cerca de Boston, Massachusetts, a fines de la década de 1990 sugirió que el brillo del cielo reduce el ascenso del zooplancton en 2 metros y la cantidad de organismos que ascienden en un 10-20%. Este cambio de comportamiento puede ser un impulsor no reconocido de los procesos fundamentales del lago, como las floraciones de algas.

En ILES, los 24 cilindros, cada uno de 9 metros de diámetro, miran desde la superficie como una granja de peces. Alumbrándolos con diferentes niveles de 'brillo celestial' y midiendo la distribución del diminuto plancton usando cámaras de video, los científicos descubrieron que el brillo del cielo no tenía un efecto masivo sobre el movimiento del zooplancton. "Es posible que tengamos un patrón de migración modificado, pero aún no estoy seguro de esto", dice Gessner. "Sin embargo, si hay un efecto, parece que no es el profundo que esperábamos".


El resultado sorpresa es típico de estos estudios difíciles. Gessner señala que su experimento solo ha completado su primera temporada. "Tal vez no tengamos que preocuparnos o tal vez tengamos que estar menos preocupados, no lo sabemos, al menos en lo que respecta a los efectos del brillo del cielo en los lagos", dice.



Futuro brillante

Es un trabajo lento y meticuloso, pero el campo se está fusionando a medida que la evidencia se acumula, dice Gaston. "Los últimos dos o tres años han visto una mejora dramática en el nivel de nuestra comprensión", dice.

No obstante, hay mejoras para hacer. Incluso medir la exposición es difícil. En el campo, la luz que recibe un organismo puede ser difícil de medir; un pájaro podría retirarse a la sombra de un árbol cercano para evitar la iluminación, por ejemplo. Entonces, algunos científicos han intentado atar los medidores de luz a las aves para tener una mejor idea de la dosificación.

A medida que los resultados se filtran, una cosa que frustra e inspira a los ecologistas es que el remedio está a la mano.

Longcore ahora está reuniendo datos publicados sobre cómo las diferentes especies, como las pardelas y las tortugas marinas, responden a diferentes partes del espectro y ajustan los resultados a los espectros emitidos por diferentes tipos de iluminación. Quiere informar las decisiones sobre la iluminación, por ejemplo, qué tipo de lámpara usar en un puente y cuál en un balneario.

Los ingenieros y ecologistas saben que la iluminación bien pensada puede realizar su tarea sin "rociar la luz hacia el cielo", como dice Kyba. Los LED pueden ajustarse para que brillen en ciertas partes del espectro, atenuarse y apagarse a distancia. "Mi visión", dice Kyba, "es que dentro de 30 años, las calles estarán bien iluminadas, mejor que hoy, pero usaremos una décima parte de la luz".

Eso sería una gran noticia para los sistemas ecológicos, dice Hölker, porque la oscuridad es una de las fuerzas más profundas para dar forma a la naturaleza. "La mitad del globo siempre está oscuro", dice. "La noche es la mitad de la historia".


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