Complejidad de los acoplados sistemas humanos y naturalesEstudios integrados de los sistemas naturales y humanos revelan patrones y procesos nuevos y complejos no evidentes cuando estudiado por los cientficos sociales o naturales por separado.Sntesis de seis estudios de casos de todo el mundo muestra que los acoplamientos entre los sistemas humanos y naturales varan a travs del espacio, el tiempo y las unidades organizativas.Tambin muestran la dinmica no lineal sin umbral, bucles de retroalimentacin recproca, los retrasos, la resiliencia, la heterogeneidad y sorpresas.Por otra parte, los acoplamientos ltimos tienen efectos heredados en las condiciones actuales y las posibilidades futuras.Los sistemas naturales y humanos son sistemas integrados en los que las personas interactan con componentes naturales.Aunque muchos estudios han examinado las interacciones en la naturaleza humana (1-5), la complejidad de los sistemas acoplados no ha sido bien entendido (6, 7).La falta de progreso se debe en gran parte a la separacin tradicional de las ciencias ecolgicas y sociales (8).Aunque algunos eruditos han estudiado los sistemas acoplados como sistemas adaptativos complejos (9, 10), la mayor parte del trabajo previo ha sido ms terico que emprico.Un nmero creciente de programas interdisciplinarios han estado integrando las ciencias ecolgicas y sociales para estudiar el sistema natural (por ejemplo, sistemas socio-ecolgicos y sistemas humano-ambientales) humano y acoplado.Aqu, sintetizamos seis estudios de casos para demostrar los mtodos utilizados y los resultados (Fig. 1 y el cuadro S1).Estos estudios son de los cinco continentes: las tierras altas de Kenia en frica (Kenya);la Reserva Natural de Wolong para pandas gigantes en China (Wolong);Centro Puget Sound de Washington (Puget Sound) y el norte de Highland Lake District of Wisconsin (Wisconsin) en los Estados Unidos;un rea cerca de Altamira, estado de Par, Brasil (Altamira);y Kristianstads Vattenrike de Suecia (Vattenriket) (Fig. 1).Incluyen urbana (Puget Sound), semi-urbana (Vattenriket), y las zonas rurales (Altamira, Kenia, Wisconsin, y Wolong), y se encuentran en los pases desarrollados (Puget Sound, Wisconsin, y Vattenriket) y los pases en desarrollo (Altamira, Kenia y Wolong).Estos estudios estn en diferentes entornos ecolgicos, socioeconmicos, polticos, demogrficos y culturales, y que abarcan una variedad de servicios de los ecosistemas y los problemas ambientales (Tabla S1).Estos estudios comparten cuatro caractersticas principales.En primer lugar, que abordan explcitamente complejas interacciones y retroalimentacin entre los sistemas humanos y naturales.A diferencia de la investigacin ecolgica tradicional que a menudo excluye el impacto humano o la investigacin social que los efectos ecolgicos generalmente ignorados, estos estudios consideran tanto componentes ecolgicos y humanos, as como sus conexiones.Por lo tanto, miden no slo las variables ecolgicas (por ejemplo, los patrones de paisaje, hbitat de vida silvestre y biodiversidad) y las variables humanas (por ejemplo, los procesos socioeconmicos, las redes sociales, los agentes y las estructuras de la gobernanza multinivel) (11), sino tambin las variables que enlazan naturales y componentes humanos (por ejemplo, de recopilacin y uso de los servicios ecosistmicos de lea).En segundo lugar, cada equipo de estudio es interdisciplinario, con la participacin tanto de los cientficos ecolgicos y sociales en torno a preguntas comunes.En tercer lugar, estos estudios se integran diversas herramientas y tcnicas de las ciencias ecolgicas y sociales, as como otras disciplinas, como la teledeteccin y ciencias de informacin geogrfica para la recopilacin de datos, gestin, anlisis, modelado, y la integracin (11-15) (Tabla S1).En cuarto lugar, que son simultneamente contexto especfico y longitudinal durante perodos de tiempo lo suficientemente largo para dilucidar dinmica temporal.Como tal, estos estudios han ofrecido visiones interdisciplinarias nicos en complejidades que no se pueden obtener de la investigacin ecolgica o social solo.Efectos recprocos y bucles de retroalimentacinEn los sistemas naturales y humanos, las personas y la naturaleza interactan recprocamente y forman bucles de realimentacin compleja.Por ejemplo, los residentes locales en Wolong utilizan los bosques como la lea para cocinar y calentarse.Como los bosques cerca de los hogares se agotaron debido a la recoleccin de lea (16), los residentes locales tuvieron que recoger lea de reas lejos (17).Debido a que estos bosques son bosques de bamb (hbitat para el oso panda gigante en peligro de extincin) y el bamb en los bosques es el alimento bsico de la panda, la recoleccin de lea ha llevado a un deterioro sustancial en los bosques y hbitat panda (16).Para evitar una mayor degradacin y restaurar el hbitat de panda, el gobierno chino comenz a implementar tres principales polticas de conservacin de hace varios aos, que ayudan tanto a los residentes locales y el hbitat del panda.En Kenia, los residentes locales se convierten los bosques en tierras de cultivo y intensivamente cultivan la tierra sin necesidad de suministrar nutrientes adicionales, en algunos casos desde hace ms de 100 aos.La degradacin del suelo con los consiguientes descensos en los rendimientos de los cultivos y una mayor inseguridad alimentaria acelera la conversin de los restantes bosques a la agricultura.Del mismo modo, en Altamira, 255.739 hectreas (ha) de bosques haban sido convertidas en pastizales y tierras de cultivo a partir de 2003. A medida que disminuye la calidad del suelo, los fertilizantes deben aplicarse, los cultivos se desplazan a aquellos con menores requerimientos de nutrientes, o ms bosques se convierten en tierras de cultivo (hay todava 136.913 hectreas de superficie forestal fueron en 2003).Votacin entre los sistemas humanos y naturales en los sectores agrcola y turstico de los pases desarrollados es en muchos aspectos similar a la retroalimentacin en los pases en desarrollo.Por ejemplo, las personas locales (76.000 en 2005) en beneficio Vattenriket de servicios de los ecosistemas que son el resultado de la gestin humana a largo plazo del paisaje agrcola.En Wisconsin, las condiciones de los ecosistemas afectan el turismo, que es el pilar de la economa, pero el desarrollo econmico y la explotacin de los ecosistemas del turismo a menudo degradan las cualidades que atraen a los turistas.Los patrones y procesos ecolgicos y socioeconmicos en sistemas acoplados urbanas son diferentes de los de las zonas rurales.Ellos estn mediados por factores tales como la forma urbana, la infraestructura construida, y de localizacin y consumo preferencias de los hogares heterogneos y empresas.Por ejemplo, en Puget Sound, una heterogeneidad espacial distintivo se puede observar a travs de un gradiente urbano a rural en relacin con diversos patrones de desarrollo (18).Cambios en la cubierta terrestre influyen en los procesos biofsicos (por ejemplo, la purificacin del agua) y de flujo de integridad bitica (15).Por otra parte, los cambios en la cobertura del suelo debido al desarrollo, a su vez afectan a los mercados de valores de la tierra y de bienes races, como lo demuestran los valores de bienes races que tiene hasta una prima del 6,5% asociada a la cobertura forestal (19).Dinmica de los sistemas en la naturaleza humana son influenciados por muchos factores, incluyendo las polticas gubernamentales y los factores contextuales en las que los procesos locales estn conformadas por mayor escala y en ltima instancia los procesos a escala mundial (20).Ambos mercados y la gobernanza pueden provocar decisiones tomadas en un lugar a afectar a las personas y los ecosistemas lejos.Por ejemplo, las oportunidades econmicas en las ciudades atrajeron a muchos residentes locales de Wolong para trabajar en las ciudades en los ltimos aos, lo que reduce la recoleccin y el consumo de lea.En comparacin con los trabajadores migrantes en las ciudades de Wolong, sin embargo, ms de un millar de veces ms turistas de todo el mundo aumentaron la demanda de lea a travs del consumo de productos locales, cuya produccin puede requerir la lea y la electricidad.No linealidad y UmbralesNumerosos relaciones en sistemas acoplados son no lineales.En Wisconsin, por ejemplo, los rboles que proporcionan hbitat crtico peces en lagos y corrientes disminuyen drsticamente cuando la densidad de viviendas supera unos siete viviendas por kilmetro de costa (Fig. 2) cado.Riqueza de aves en el paisaje de Puget Sound con viviendas unifamiliares y fragmentos de los aumentos de bosques nativos no lineal con una cubierta forestal y picos cuando del 50 al 60% de la tierra est cubierta de bosques (Fig. 3) (21).Umbrales [puntos de transicin entre estados alternativos (22)] son formas comunes de la no linealidad.En Vattenriket, un proceso participativo intencional moviliz a grupos de inters que ponen las bases para un cambio de tratamiento convencional para la cogestin adaptativa (23).Los valores culturales y las preocupaciones ambientales impulsaron los actores locales para construir nuevos conocimientos, desarrollar nuevas visiones y metas, y crear nuevas redes sociales.El resultado de estas actividades de la comunidad fue un nuevo y ms adecuado sistema de gobernanza de adaptacin co-gestin del paisaje.Comportamientos del sistema cambian de un estado a otro a travs del tiempo (umbrales temporales) y a travs del espacio (umbrales espaciales).Altamira representa un umbral temporal, mientras que Wolong demuestra un umbral espacial.Las tasas de deforestacin en Altamira son altos durante los primeros 5 a 7 aos de asentamiento y luego disminuyen rpidamente.En Wolong, como la distancia entre los lugares de los hogares y los lugares de recoleccin de lea aumenta, disminuye el hbitat panda, hasta alcanzar un mnimo a una distancia de aproximadamente 1,800 m (17).Cuando la distancia entre los hogares y el suministro de lea es pequeo, el rea total de la recoleccin de lea es pequeo y por lo tanto el hbitat panda est mejor protegido.Cuando la distancia es grande (> 1800 m), la recoleccin de lea se reparten en medio de una gran regin y zonas afectadas puede recuperarse con relativa rapidez.Cuando la distancia es de aproximadamente 1800m, la demanda de lea de los residentes locales se cumple mediante la reduccin de la mayora de los rboles disponibles y causa ms prdida de hbitat (17).SorpresasCuando no se entiende la complejidad, la gente puede ser sorprendido por los resultados de los acoplamientos de la naturaleza humana.Por ejemplo, fundir (Osmerus mordax) fue introducido inicialmente a Wisconsin como una especie presa para la pesca deportiva como walleyes (Stizostedion vitreum), pero ola comi walleyes juveniles que llevan a la prdida de poblaciones leucomas.En Puget Sound, la poltica de gestin del crecimiento ha provocado que la densidad urbana de intensificar dentro del lmite de crecimiento urbano al tiempo que facilita la expansin involuntariamente fuera del lmite de crecimiento urbano.Las polticas de conservacin tambin pueden generar resultados perversos no intencionales.En Wolong, por ejemplo, el hbitat de la panda de alta calidad degrada ms rpido despus de que el rea se estableci como una reserva que antes de la creacin de la reserva (24).Para evitar una mayor degradacin, un programa de conservacin de bosques naturales se introdujo en 2001 para los residentes locales para controlar la extraccin ilegal.Inesperadamente, un gran nmero de nuevos hogares form en 2001 debido a que muchas familias decidieron separarse en otros ms pequeos para capturar de manera ms efectiva los subsidios (20 a 25% de la renta media de los hogares) otorgados a los hogares como parte del programa.La proliferacin de los hogares y la reduccin en el tamao del hogar (nmero de personas en un hogar) aumento de la demanda de lea y tierra para la construccin de la casa (25).Algunos ecosistemas slo pueden sostenerse a travs de prcticas de gestin humana, mientras que muchos de los esfuerzos de conservacin se oponen a tal interferencia humana.Por ejemplo, el sitio de humedales de la Convencin Ramsar (un tratado internacional para la conservacin y el uso sostenible de los humedales) en Vattenriket se reserv para fines de conservacin, pero se convirti en el humedal cubierto cuando se detuvo el pastoreo.Esta consecuencia no intencionada llev a una comprensin de pastoreo como esencial para el mantenimiento de este sistema de humedales (23).Legacy Effects y retardosEfectos patrimoniales son impactos de acoplamientos en la naturaleza humana previa sobre las condiciones posteriores.Entre los seis sitios, legados varan en duracin de dcadas a siglos.El legado ms corto es en Altamira, una zona fronteriza donde el sistema de tenencia de la tierra impuesto por el gobierno en 1970 todava da forma a la presente patrn espacial del cambio de la cubierta vegetal, distribucin de la poblacin humana y las actividades humanas.El legado ms larga est en Vattenriket, donde el paisaje se ha visto afectada por las acciones humanas como el uso de pastizales hmedos durante cientos de aos.Duraciones de legado en los otros sitios caen en algn punto intermedio.En Wolong, tipos de bosques actuales en reas de menor altitud (1.200 a 3.000 m) son moldeadas por el aprovechamiento forestal hace tres o nueve dcadas.Introduccin de una especie clave puede reestructurar una poblacin de peces por dcadas o ms, como se ha demostrado en el rea de estudio de Wisconsin que comenz el cultivo de peces en la dcada de 1930.A largo plazo (hasta 100 aos) el cultivo continuo en Kenia ha disminuido rendimiento de los cultivos, con la mayor parte de la degradacin que ocurre durante las primeras 15 a 20 aos despus de la conversin del bosque a la agricultura.En Puget Sound, los patrones del paisaje son influenciados por la infraestructura construida dcadas o incluso hace un siglo.Los impactos ecolgicos y socioeconmicos de los acoplamientos de la naturaleza humana pueden no ser inmediatamente observable o predecible debido a desfases entre las interacciones de la naturaleza humana y la aparicin de consecuencias ecolgicas y socioeconmicas.En Kenia, hay un retraso de tiempo entre la inversin en el mejoramiento del suelo y el aumento de los ingresos.En Vattenriket, la ciudad de Kristianstad dej de tomar su agua potable del ro Helge en la dcada de 1940, porque no se trata de aguas residuales industriales y domsticos haba acumulado varias dcadas antes.Las alteraciones en la calidad del agua subterrnea pueden tardar mucho tiempo en aparecer "aguas abajo" porque el movimiento del agua subterrnea entre lagos adyacentes puede llevar siglos.En Puget Sound, efectos ecolgicos de la Ley de Manejo de Crecimiento adoptadas en el Estado de Washington en 1990 podran no han sido observados en menos de 8 aos (26).La longitud de retardos atribuibles a una sola causa puede variar segn los distintos indicadores;por el contrario, diferentes causas pueden ser evidentes en diferentes perodos de tiempo para el mismo indicador.El primero puede verse en Altamira, donde los cambios en los precios de cultivos afectan rpidamente plantacin de plantas anuales, pero los efectos sobre la plantacin (o abandono) de las plantas perennes (como el cacao y pimienta negro) a menudo se retrasan.En cuanto a esta ltima situacin, los cambios en el precio de la electricidad afectar rpidamente hbitat panda en Wolong debido a los cambios bruscos en la demanda de lea, pero el espaciamiento de los nacimientos dentro de los hogares tiene un efecto mucho ms lenta (27).La energa es necesaria para la cocina diaria y las fluctuaciones en el precio de la electricidad puede forzar rpidamente los residentes locales a usar ms lea (bosques destruyendo as y hbitat panda), mientras que se necesita ms tiempo para que los nios establecen nuevos hogares que aumentan la demanda de energa.ResistenciaSistemas acoplados tienen diferentes grados de resistencia-capacidad para retener las estructuras y funcionamiento similares despus de perturbaciones para el desarrollo continuo (10, 28, 29).La resiliencia puede verse afectada por muchos factores.En Wolong, por ejemplo, las reas ms grandes con especies de rboles de rpido crecimiento son ms resistentes a la recoleccin de lea que son las zonas ms pequeas con rboles de crecimiento ms lento.En Kenia, las remesas de familiares que trabajan en las zonas urbanas minimizar la inseguridad alimentaria debido a las malas cosechas causadas por la sequa y baja fertilidad del suelo.La intervencin humana tambin juega un papel clave en el mantenimiento de la capacidad de recuperacin.Por ejemplo, en Vattenriket, el mantenimiento de la capacidad de recuperacin del paisaje de humedales requiere de pastoreo por el ganado y los incentivos para que el pastoreo econmicamente viable.En parte debido a las acciones de los ambientalistas, Puget Sound sigue siendo el hogar de uno de los ltimos bosques primarios intactos en los Estados Unidos a pesar de la rpida urbanizacin.En Wisconsin, la resiliencia socio-ecolgica viene del buen estado de muchos ecosistemas;la intencin de los nativos americanos para administrar sus tierras y lagos de forma sostenible;el mosaico de, y la propiedad estatal privada tribal;y las innovaciones en la gestin de los ecosistemas por las diversas partes interesadas (gobiernos tribales de los nativos americanos, asociaciones lago, organizaciones de investigacin formales, y organizaciones no gubernamentales) (12).HeterogeneidadAcoplamientos hombre-naturaleza varan a travs del espacio, el tiempo y las unidades organizativas.Las diferencias socioeconmicas entre las personas en Wisconsin conducen a diferentes opciones y comportamientos, que a su vez dar lugar a resultados muy diferentes ecolgicos que uno podra encontrar eran todos a tener las mismas preferencias por servicios ambientales.En Altamira, diferentes cohortes de liquidacin siguen trayectorias similares de uso de la tierra, pero la magnitud de los cambios en las variables importantes, como las tasas de deforestacin vara como un producto de factores exgenos y endgenos (por ejemplo, la economa poltica local, regional y mundial) (30).Para las tierras altas de Kenia, es comn encontrar familias con suelos de diferente calidad y como resultado, los diferentes rendimientos de los cultivos.Sistemas humano-naturales acoplados no son estticas;cambian con el tiempo.Aunque los tamaos de las poblaciones humanas han aumentado en los seis sitios de estudio en las ltimas dcadas, los impactos ecolgicos resultantes han diferido.En el rea de estudio de Kenia, tamao de la poblacin humana se ha duplicado en los ltimos 30 aos, provocando una marcada reduccin en el tamao del predio.Ms pequeo tamao de las explotaciones ha llevado a cultivar maz durante dos temporadas de lluvia para satisfacer la demanda de la familia, pero esta prctica se ha acelerado el ritmo de la degradacin del suelo y el aumento de la pobreza.Un aumento en el uso del suelo de recreo en Wisconsin llev a un aumento de 4,6 veces en la densidad de vivienda (3,7 a 17,2 unidades / km2) de 1940 a 2000. Para Puget Sound, entre 1991 y 1999, la superficie cubierta por el desarrollo aument en 620 km2 ( 31,5% de aumento), mientras que la cubierta forestal se redujo en 714 km2 [10,3% de disminucin (26)].Los cambios temporales tienen lugar no slo en el interior de un sistema acoplado, pero tambin a travs de sus fronteras.En Wolong, un nmero cada vez mayor de turistas nacionales y extranjeros han hecho que el sistema mucho ms estrechamente unida a la economa nacional y mundial.Existen variaciones espaciales en todos los sistemas acoplados.Por ejemplo, ms de la lea se recoge en las reas de Wolong, con fcil acceso y poco cumplimiento que en las zonas boscosas con topografa ms desafiante o la aplicacin estricta.En Vattenriket, los hbitats y las prcticas de gestin, asociaciones locales de custodia, redes sociales, e instituciones de varios niveles varan a travs del paisaje (11).La heterogeneidad del paisaje de Puget Sound aumenta con el grado de urbanizacin, pero difiere sustancialmente dentro de la regin en funcin de los patrones urbanos de uso del suelo, la infraestructura y la distribucin espacial de las actividades (18).En Wisconsin, las personas preferentemente se han asentado alrededor de los lagos de menor elevacin, que tienden a tener aportaciones fluviales, bajas a moderadas de carbono orgnico disuelto, baja a moderada nutrientes y relativamente diversas comunidades de peces deporte (31).En Altamira, suelos frtiles permiten el cultivo de cacao y caa de azcar, mientras que en suelos ms pobres, los pastos y los cultivos de mandioca son ms comunes.Conclusin y PerspectivasResultados como los revisados aqu se benefician de la ayuda y avance de la integracin de las ciencias ecolgicas y sociales.Los mtodos utilizados y los resultados de estos estudios se pueden aplicar a muchos otros sistemas acoplados a nivel local, nacional y global.Por ejemplo, el descubrimiento de que el nmero de hogares aument ms rpido que el tamao de la poblacin humana en Wolong en las ltimas tres dcadas ha llevado al descubrimiento de que esta tendencia es mundial y es particularmente profunda en los 76 pases con focos de biodiversidad (25).Proyecto El Lago de Futuros (32) en Wisconsin era un prototipo utilizado para desarrollar enfoques para los escenarios de la Evaluacin de Ecosistemas del Milenio (33).La comparacin de estos estudios proporciona pistas importantes sobre diversas caractersticas complejas que no pueden ser OBSE rved en un solo estudio.Los tipos de sorpresas que se encuentran en los estudios de casos son diferentes, aunque todos ellos procedan de las interacciones entre los sistemas humanos y naturales.Los seis estudios han demostrado efectos heredados, pero duraciones heredados variaba de dcadas a siglos.Debido a la naturaleza independiente de estos estudios, la informacin de un estudio no es necesariamente disponibles en o transferibles a otros estudios.Para aumentar el grado de generalizar a partir de estudios de caso, las investigaciones futuras en sistemas acoplados debe incluir no slo los estudios especficos de sitios independientes, sino tambin coordinadas, proyectos comparativos a largo plazo a travs de mltiples sitios para capturar una amplia gama de variaciones (14, 34, y 35) .Adems, todos los estudios en esta revisin se centran en las interacciones dentro del sistema, en lugar de las interacciones entre los diferentes sistemas acoplados.Dado que la globalizacin se intensifica, hay ms interaccin entre los sistemas incluso geogrficamente distantes ya travs de escalas (36, 37).Por lo tanto, es fundamental ir ms all de los enfoques existentes para el estudio de los sistemas acoplados, para desarrollar portafolios ms completos, y para construir una red internacional de investigacin interdisciplinar que abarca los niveles local, regional, nacional y global.