Patrones unificadores de la naturaleza

Descripciones detalladas y ejemplos

La naturaleza es resiliente a los disturbios.

 

Ser resiliente es tener la capacidad de recuperarse de los disturbios, es decir, de cambios significativos e impredecibles en el ambiente local, como los causados por un incendio, inundación, ventisca o herida. Tanto la diversidad, redundancia y descentralización, como la autorrenovación y autorreparación posibilitan la resiliencia en la naturaleza y la capacidad de mantener la funcionalidad a pesar de los disturbios. A nivel de sistemas, la «diversidad» se refiere a la presencia de múltiples formas, procesos o sistemas que satisfacen una necesidad funcional. La diversidad puede incluir una variedad de respuestas conductuales, físicas o fisiológicas a un cambio en el medio ambiente. «Redundancia» significa que hay más de un sistema representativo, organismo o especie que proporciona cada función, y que hay superposición por lo que la pérdida o disminución en un representante no destruye todo el sistema. «Descentralización» significa que los mecanismos que mantienen esas funciones están dispersos en todo el sistema, no ubicados exclusivamente juntos, de modo que una perturbación localizada no elimina una o más partes vitales de todo el sistema. La «autorrenovación» y la «auto-reparación» son términos que se aplican más a menudo a nivel celular o organismal, pero la autorrenovación también puede aplicarse en contextos ecológicos. Para los primeros, los términos significan que los organismos tienen la capacidad de generar nuevas células, curar heridas y dañar los órganos, responder a las amenazas bacterianas y virales, y más.

Ejemplos de la biología

 

Jóvenes pinos contortas creciendo alrededor de los restos quemados de la generación anterior de árboles.

Pino contorta

En 1988 grandes incendios arrasaron el Parque Nacional Yellowstone en EUA. Después, los bosques de pino contorta crecieron nuevamente gracias a que los pinos tienen 2 tipos de piñas: las piñas regulares que se abren y sueltan sus semillas en condiciones normales y las piñas serótinas que están selladas con resina y solamente se abren cuando se exponen a altas temperaturas o fuego. Esta diversidad de
piñas ofrece opciones para la resiembra, dependiendo de las condiciones Cada árbol produce muchas piñas, y esta redundancia asegura que un bosque pueda recuperarse, aunque solo una pequeña cantidad de semillas germine. Si un área se quema al grado de que no sobrevive ninguna piña serótina, las semillas de los bosques aledaños pueden contribuir a la regeneración.

Pradera de Kansas

Ecosistemas de pradera

En un ecosistema de pradera existe una diversidad de especies de plantas que desempeñan diferentes funciones en el ecosistema, como fijar nitrógeno, retener agua y estabilizar el suelo. Hay más resiliencia gracias a que esta variedad de plantas está distribuida por toda la pradera y hay múltiples representantes de cada especie y de cada grupo funcional. Colectivamente, esta diversidad sirve como un sistema de control de plagas ya que algunas plagas atacan a plantas específicas y no pueden esparcirse con facilidad entre las diferentes plantas en un ecosistema diverso. La capacidad de las plantas para sobrevivir a diferentes tipos de perturbaciones da como resultado la supervivencia del ecosistema en el largo plazo. Durante una sequía, algunas especies se vuelven más abundantes mientras otras escasean. Durante los años más húmedos, esta relación se invierte. Pero el ecosistema sigue funcionando, proveyendo servicios ecológicos.

Aplicaciones de diseño

Aviones

Muchas de las funciones que realizan los grandes aviones son vitales para el correcto funcionamiento general y, por tanto, para la seguridad de los pasajeros. Si los aviones y el personal de aviación no pudieran recuperarse o compensar cuando las funciones vitales se vieron comprometidas, nos enteramos de muchos más accidentes aéreos. Dadas las posibles consecuencias, la resiliencia se construye en el diseño del avión. Existen diversos mecanismos de operación (por ejemplo, eléctricos, mecánicos, hidráulicos y neumáticos) para todas las funciones críticas (por ejemplo, motores, tren de aterrizaje, navegación). Los fabricantes de las piezas son todos diferentes, y hay al menos tres versiones de cada sistema, que se distribuyen ampliamente en todo el avión. Como tal, la falla catastrófica se evita generalmente si hay una perturbación a un sistema porque los fabricantes del aeroplano incorporan la variación, la redundancia, y la descentralización en sus diseños.

Un ejemplo de concreto autorreparable.

Concreto autorreparable

El concreto es uno de los materiales de construcción más comúnmente utilizados, pero es proclive a agrietarse. Desde las grandes fracturas hasta las muy delgadas, las grietas debilitan la integridad estructural del concreto. Los ingenieros desarrollaron un concreto autorreparable al mezclar bacterias con el concreto para crear un bioconcreto. Conforme se van abriendo las grietas, las bacterias crecen dentro de ellas y producen carbonato de calcio como residuo, el cual rellena las grietas. Este ejemplo es una combinación de biomímesis — al imitar los procesos de autocuración de los árboles y otros organismos — y el uso de un organismo para realizar una función, en este caso las bacterias.

El embalse de Pierce superior, uno de los embalses ubicados en la reserva natural de captación central de Singapur.

Sistema de abastecimiento de agua en Singapur

Singapur es una isla nación densamente poblada y vulnerable a cortes de agua desde Malasia continental debido a conflictos regionales. En respuesta a la posibilidad de sufrir esta súbita y catastrófica disrupción, Singapur ha desarrollado un sistema de abastecimiento de agua variado, redundante y descentralizado que incluye esfuerzos de conservación para reducir la demanda, desalinización de agua de mar, cuencas de captación de agua de lluvia, reciclaje de agua residual para producir agua potable y algo de agua entubada proveniente de Malasia continental.

Créditos de imagen

Pradera de Kansas: Eva Funderburgh CC-BY-NC
Bosque de pino contorta: Gayan Gunawardana CC-BY-NC-ND
Avion: Strower CC-BY via Wikimedia
Muestra de concreto autorreparable: UCL News CC-BY-ND
Embalse de Pierce superior: dominio público

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