Los arrecifes de coral se ven diferentes en todo el mundo, pero siguen las mismas reglas matemáticas

Vistos desde el aire, los arrecifes de coral parecen puntos irregulares dibujados en el océano. Algunas son redondeadas y compactas; otros son alargados, como siguiendo la costa. Algunas forman anillos con una laguna en el centro, otras se extienden como laberintos, con canales, huecos y ramales difíciles de describir con una forma simple.

Esa diversidad visual es una de las razones por las que los arrecifes han fascinado durante mucho tiempo a los naturalistas, geólogos y ecologistas; incluido el propio Darwin. A primera vista, cada arrecife parece contar una historia diferente: la de las corrientes que lo rodean, la profundidad del fondo marino, la disponibilidad de luz, el crecimiento de los organismos que lo construyen y los procesos de erosión que lo modifican a lo largo de siglos o milenios.

Pero cuando dejamos de observar un arrecife en particular y miramos todos los arrecifes tropicales del planeta a la vez, surge algo inesperado: debajo de esta gran variedad de formas hay regularidades comunes.

Y también las liras: el cambio climático ya ha blanqueado el 84% de los corales del mundo, ¿aún se pueden salvar?

Muchos arrecifes pequeños y algunos gigantes.

En nuestro estudio, analizamos más de 1,5 millones de arrecifes tropicales de aguas poco profundas del Allen Coral Atlas, un mapa global elaborado a partir de imágenes satelitales e inteligencia artificial. Para cada arrecife medimos propiedades muy simples: cuánto ocupan, qué perímetro tienen, qué forma adoptan y a qué distancia están de otros arrecifes.

Cuando se reunieron todos estos datos, surgió un resultado sorprendente: los arrecifes ubicados en regiones tan diversas como el Caribe, Brasil, el Pacífico, el Océano Índico y el Mar Rojo comparten patrones espaciales muy similares. Su enorme diversidad local esconde una organización común.

Uno de los resultados más claros surge al observar su tamaño. Hay muchos arrecifes pequeños y muy pocos grandes. A medida que aumenta el tamaño, el número de arrecifes disminuye, siguiendo prácticamente el mismo patrón en distintas regiones coralinas del planeta. Lo sorprendente, por tanto, no es sólo que los arrecifes pequeños sean más comunes, sino que la proporción entre arrecifes pequeños y grandes obedece a la regla habitual a escala global.

Distribución global de los arrecifes de coral. Cada color representa una zona coralina diferente. En todos ellos se observa el mismo patrón: hay muchas crestas pequeñas y cada vez menos crestas a medida que aumenta su superficie. La línea negra muestra la ley matemática habitual que describe esta relación. Alex Giménez Romero, CC BI De lugares compactos a paisajes laberínticos

El tamaño de la cresta no sólo nos indica cuánto ocupa, sino también cuál es su forma. Los de tamaño pequeño suelen parecer puntos relativamente simples, más compactos, redondeados y con contornos menos irregulares. En general, sin embargo, la forma cambia. Algunos son alargados, otros están llenos de agujeros, canales o huecos internos y muchos desarrollan bordes muy irregulares.

Es decir, las crestas no parecen crecer como círculos que simplemente se hacen más y más grandes. A medida que aumenta, su estructura se transforma. Lo que comienza como una forma relativamente simple puede convertirse en una figura alargada, abierta o laberíntica.

La organización del paisaje también muestra un patrón común: la mayoría de los arrecifes tienen otros arrecifes cerca, como si formaran archipiélagos submarinos. Sólo unos pocos parecen mucho más aislados. Una vez más, lo sorprendente no es sólo que este patrón exista, sino que se repita en regiones muy alejadas.

Verdaderos ejemplos de arrecifes tropicales alineados a lo largo de la superficie. Los arrecifes pequeños tienden a ser más compactos y redondeados, mientras que los más grandes tienen formas más alargadas, abiertas o laberínticas, con canales internos y lagunas. Las siluetas corresponden a diferentes crestas y no representan etapas de crecimiento consecutivas de una misma cresta. Desarrollo propio basado en datos del Allen Coral Atlas. Alec Giménez Romero, CC BI Orden oculta en desorden

Estos resultados sugieren que los arrecifes de coral, a pesar de su diversidad local, comparten una forma de organización espacial. Esa organización probablemente sea el resultado de la interacción de muchos procesos: el crecimiento de organismos formadores de arrecifes, la acción de olas y corrientes, cambios en el nivel del mar, acumulación de carbonatos y erosión. Una pista de por qué surgen estas formas es geométrica: un contorno ramificado expone mucha más superficie al agua que una sección compacta del mismo tamaño, facilitando el acceso a la luz, los nutrientes y el flujo.

Medir estos patrones es el primer paso hacia una comprensión general de cómo se forman los arrecifes. Antes de que podamos explicar por qué tienen ciertas formas, necesitamos saber exactamente qué son y si existen reglas comunes entre ellas. En este caso, sus formas recuerdan a la costa: cuanto más de cerca miramos, más detalles entran, salen y aparecen. Los matemáticos llaman fractales a estas estructuras, cuya complejidad se repite en diferentes escalas. Nuestros resultados muestran que las crestas tienen este tipo de geometría.

Vista aérea del paisaje arrecifal, donde se pueden observar arrecifes de muy diferentes tamaños y formas: desde estructuras compactas y redondeadas hasta otras más irregulares, atravesadas por canales y lagunas internas. Imagen: ©superjoseph vía Canva.com. ©superjoseph vía Canva.com, CC BY

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Por qué es importante conocer tu forma

Estos patrones plantean preguntas importantes. ¿Qué procesos crean formas tan similares en lugares tan diferentes y qué papel desempeñan las corrientes, la profundidad o el crecimiento de los organismos formadores de arrecifes? ¿Pueden los modelos de formación de arrecifes reproducir estas regularidades globales?

Los arrecifes de coral pertenecen a ecosistemas marinos más conocidos por su belleza e importancia ecológica. También están sujetos a fuertes presiones ambientales. Aunque nuestro trabajo no se centra en diagnosticar su estado de conservación, comprender su estructura espacial puede ayudar en el futuro a mejorar los modelos de crecimiento de los arrecifes, el seguimiento de estos ecosistemas y la forma en que pensamos sobre su conservación y restauración. Conocer esta organización a diferentes escalas también puede resultar útil de forma práctica: si los arrecifes sanos tienden a seguir ciertas regularidades geométricas, estos patrones pueden servir como referencia a la hora de diseñar arrecifes artificiales o planificar acciones de restauración que imiten las propiedades de la estructura espacial de los sistemas naturales.

Las crestas parecen caóticas cuando se ven una por una. Pero cuando se miden juntos, muestran un orden inesperado. Esta tensión entre diversidad visual y regularidad matemática es una de las claves para comprender mejor cómo se organizan algunos de los paisajes más complejos del océano.