Una variedad de rasgos genéticos hace posible que las especies no nativas invadan nuevos ambientes. Estamos utilizando la genética de poblaciones y los enfoques genómicos para comprender mejor la historia evolutiva de los invasores. El conocimiento de dónde se originan los genotipos invasores, cómo se distribuyen y cómo la diversidad genética ayuda u obstaculiza a las especies invasoras conducirá a una mejor comprensión y manejo de las invasiones biológicas.

Los microbios del suelo desempeñan papeles muy importantes en los procesos de los ecosistemas y en el mantenimiento de la diversidad forestal. Los proyectos en curso se enfocan en la variabilidad en la estructura comunitaria de bacterias, arqueas y hongos, en distintos espacios y hábitats, mediante estudios metagenómicos y de rRNA. Trabajamos en bosques naturales, plantaciones y paisajes agrícolas para evaluar cómo el cambio de uso de la tierra influye en las comunidades microbianas del suelo y cómo estas comunidades influyen en los procesos sucesionales forestales.

El análisis del ADN proporciona respuestas genéticas, geográficas y a veces históricas a preguntas biológicas. Trabajamos con una variedad de tejidos y muestras ambientales para contar historias complejas sobre la distribución de especies, su propagación e historias evolutivas. Utilizando una variedad de técnicas genéticas y genómicas, exploramos una amplia gama de temas, como la diversidad genética en especies en peligro de extinción, los orígenes geográficos de los invasores, la influencia del clima en la diversidad genética y la evolución de los parásitos propagadores de enfermedades.

Las fotografías y datos de peces costeros en ambos lados del istmo centroamericano han llevado a la creación de guías de campo digitales completas y a una comprensión avanzada de la distribución de especies. La investigación abarcó los primeros análisis cuantitativos sobre los límites geográficos y las subdivisiones a gran escala de la distribución de peces costeros en ambas regiones, y evaluó cómo estos patrones se relacionan con la variación ambiental. Esto nos ha ofrecido una nueva apreciación de la biogeografía de la región, particularmente en el Caribe, donde reveló patrones anteriormente desconocidos. También hemos utilizado esa información para estimar el tamaño real de la fauna del Pacífico oriental tropical y estamos trabajando en una predicción similar para el Gran Caribe. Si bien esta última región tiene una de las faunas de peces costeros mejor estudiadas en el mundo, los recientes avances en análisis genéticos nos han hecho comprender que muchas de las presuntas especies más comunes son realmente complejos de múltiples especies, generalmente alopátricas, y que la biodiversidad de esta región es mucho mayor de lo que se pensaba.

Debido a lo accesible que son para los buzos científicos, la mayor parte de lo que conocemos sobre la fauna de peces de arrecife en el Caribe es sobre las especies de aguas poco profundas. Sin embargo, gran parte de esa fauna comprende peces de arrecifes de coral profundo que viven muy por debajo del límite de los buzos científicos. Aunque el moderno sistema de buceo “rebreather” permite el acceso a profundidades mayores, no se extiende hasta los límites de profundidad de algunas especies.

Los submarinos permiten el acceso a las distintas profundidades en que viven las especies de peces y, lo que es más importante, permiten la recolección de especímenes. Yo participo en el DROP (Programa de Observación de Arrecifes Profundos), un esfuerzo conjunto del Museo de Historia Natural del Smithsonian y el STRI para estudiar peces de arrecife profundo, utilizando un sumergible tripulado que se encuentra en Curaçao.

Esto representa la primera recolección con submarino de peces de arrecife profundo, y de información sobre su distribución en distintas profundidades, en el sur del Caribe. También simboliza la reanudación de los esfuerzos, por parte de los Estados Unidos, para documentar las faunas de peces de arrecife profundo tropical a lo largo y cerca de sus costas atlánticas, un programa que concluyó hace décadas. La recolección de especies utilizando el submarino en Curaçao ha dejado en evidencia lo poco que sabemos: en un área de apenas algunas hectáreas de arrecife próxima a la base del submarino, un tercio de los peces de arrecife profundo que hemos recolectado son nuevos para la ciencia y hemos encontrado nuevas especies en cada nuevo sitio que hemos visitado con el submarino cerca de las costas de esa pequeña isla. Estos descubrimientos nos dan el ímpetu para expandir las actividades de este submarino a otras partes del Gran Caribe.

Sólo se conoce de un puñado de peces marinos exóticos, provenientes de zonas más allá del Atlántico y el Pacífico Oriental, que han invadido los Neotrópicos exitosamente. Mi investigación actual incluye el estudio de una nueva invasión por una de estas especies indo-pacíficas, que fue descubierta en el sudoeste del golfo de México en 2013. Estamos trabajando para determinar el lugar de origen de esta especie, cómo se introdujo y la extensión de su rango geográfico actual en el golfo de México. También estamos trabajando en estimar su éxito en comparación con su área nativa, el alcance de cualquier impacto ecológico en los peces de arrecife en el Caribe y la probabilidad de que se propague.

La cobia, un gran pez depredador que puede medir dos metros de largo y pesar hasta 78 kilogramos, arribó recientemente en el Pacífico Oriental, tras el escape de miles de ejemplares juveniles de jaulas marinas en una instalación de acuicultura en Ecuador. Este incidente, totalmente predecible, ocurrió unos meses después de que la instalación comenzó a funcionar. La cobia no se da naturalmente en el Pacífico Oriental o en el resto del Pacífico —unos 13,000 km. Algunos de los juveniles escapados viajaron por lo menos 1,000 kilómetros hasta Panamá en menos de tres meses, lo que indica el potencial para que esta especie altamente migratoria se propague rápidamente. Los biólogos de peces en todos los países del Pacífico Americano entre Perú y los Estados Unidos y en áreas con riesgo de invasión en el Pacífico Central (islas Marquesas y Hawai) han sido avisados, para que registren datos sobre cualquier captura de cobia. Esta información permitirá documentar la velocidad y el alcance de su propagación y calcular su éxito en el establecimiento de una población residente en el Pacífico Oriental. Todavía no es posible determinar si se establecerá una población y qué impacto tendrá si lo hace.

Un pasatiempo popular entre los biólogos es describir nuevos casos de supuesto mimetismo entre los peces de arrecifes tropicales. Sin embargo, ejemplos de similitud precisa e interacciones multifacéticas entre un modelo y un mimetismo verdadero son inusuales entre estos peces. En muchos casos (quizás la mayoría), pares de especies probablemente evolucionaron, de manera independiente, apariencias comunes. Estas similitudes pueden haber llevado al desarrollo de asociaciones conductuales entre estos pares, al comprender que se podían obtener beneficios de ello. Las investigaciones en curso sobre este tema incluyen el análisis de las interacciones entre los modelos y sus supuestos imitadores y de la variación geográfica con respecto a los grados de semejanza y las asociaciones entre dichos pares.

Los peces loro son comunes y abundantes entre las faunas de peces de arrecifes tropicales. Con respecto a su biología alimentaria prevalece la idea de que son herbívoros que consumen macroalgas bentónicas y, al hacerlo, ayudan al establecimiento y crecimiento de corales vivos. Investigaciones recientes por mis colaboradores en Australia indican que para algunas especies de peces loro este no es el caso y que en realidad consumen y digieren microorganismos, raspados de la superficie de sustratos de arrecifes rocosos o que están incrustados por debajo de estas superficies y han sido excavados. Planeamos probar esta idea en un complejo de especies que se encuentra en los arrecifes del Pacífico Oriental, lo cual incluye no sólo a las que raspan y excavan, sino también un híbrido común entre estas dos especies. Esta prueba comprendería la primera evaluación genética de lo que realmente están consumiendo estos peces y la primera determinación a partir de isótopos estables de cuáles de las especies ingeridas están digiriendo.

Un interés de larga data en las guías de identificación de peces de arrecifes tropicales me llevó a comenzar a desarrollar una guía sobre peces costeros del Pacífico Oriental Tropical en 1990. Las herramientas electrónicas nos permiten incorporar de manera económica una gran cantidad de imágenes y material gráfico, además de análisis de datos cuantitativos sobre las faunas de peces. Poco después de que se publicó la guía, surgieron las herramientas para adaptar el material a un formato electrónico, lo que llevó a la producción de una versión bilingüe de la guía en CD, seguido de una versión ampliada de la guía en un sitio web. Después se montó un sitio web equivalente para la fauna de peces costeros del Gran Caribe, la región biogeográfica hermana del Pacífico Oriental Tropical del otro lado del istmo centroamericano. Más recientemente, se lanzó la versión móvil (iOS) de los sitios web para ambas faunas. Las aplicaciones para celular se están desarrollando en versiones iOS y Android. Cuando estén listas, el material de los sitios web estará disponible en todas las principales plataformas de uso actual. Las dos aplicaciones —que son únicas para los peces marinos tropicales—, abarcan casi 3,000 especies o alrededor del 20% de todos los peces costeros tropicales nombrados.

Además de actualizar la información en las aplicaciones, para incorporar nueva información taxonómica y nuevos datos sobre los rangos geográficos y la ecología de los peces, nuestro trabajo sobre estas aplicaciones comprende dos aspectos: (1) la incorporación de un Image Identification API, un programa independiente integrado en los sitios web, que permitirá a los usuarios identificar a los peces fotografiados en cada región; (2) ampliar la cobertura de cada fauna, para incluir especies de aguas profundas y oceánicas.

Desde la creación de la parcela de dinámica forestal en el Parque Nacional Korup de Camerún en 1996, se han descrito 24 nuevas especies de plantas con flores y se han confirmado otras diez nuevas para la ciencia. Además, 65 otros árboles de la parcela ya han sido identificados a nivel de familia o género. Creemos firmemente que la mayoría de estos resultará en especies nuevas para la ciencia. La parcela de Korup tiene cerca de 500 especies de árboles.

Cuando ForestGEO se establece en un bosque, crea conciencia —el lugar se hace famoso por los muchos investigadores que trabajan allí. Tan pronto como ponemos datos de ForestGEO en el sitio web, los investigadores reciben dos o tres solicitudes por semana, de alrededor del mundo, para utilizar los datos. Cuando algo sucede cerca o dentro de un sitio ForestGEO, más gente se preocupa, y eso puede contribuir a la conservación de ese bosque.

Las briofitas (musgos, hepáticas y antocerotófitos) son parientes de los primeros colonizadores de las tierras y ofrecen indicios de las adaptaciones morfológicas, eco-fisiológicas y bioquímicas a principios de la vida en la tierra. A pesar de los avances recientes, todavía hace falta información sobre muchos aspectos del ciclo de vida, la ecología y la evolución de las briofitas tropicales. Se conoce poco sobre la dinámica de la biodiversidad y del hábitat de las especies neotropicales, a pesar de que el Neotrópico es el punto con mayor diversidad de briofitas. Sólo con un enfoque colaborativo y multidisciplinario podremos abordar los enormes misterios de la evolución y diversificación de las briofitas, un rompecabezas fascinante y desafiante.

La estructura de la corteza de algunos árboles y la estructura del bosque —sea abierto, cerrado, estacional o siempre húmedo— son importantes para determinar dónde crecen ciertas briofitas y por qué. Las islas y la composición de las especies de árbol también pueden influir mucho en las comunidades de briofitas. Esto se debe a los nichos y microclimas que hacen la diferencia sobre qué tipo de comunidad de briofitas se puede desarrollar.
 
El cambio climático, los contaminantes y la perturbación forestal también desempeñan un papel importante en la forma y estructura de las comunidades de briofitas. Algunas briofitas prefieren el sol, mientras que otras prosperan en la sombra. Como resultado, un bosque con brechas de luz que ha sido perturbado puede tener una comunidad de briofitas muy distinta a la de un bosque similar no perturbado. Algunas briofitas tienen nichos muy específicos y una vez que estos han desaparecido, esas briofitas también desaparecen.

La simbiosis ha sido crucial para el origen de importantes novedades evolutivas que determinaron la exitosa conquista de los suelos por las primeras plantas terrestres. Las briofitas, como otras plantas, han desarrollado asociaciones epífitas y endofíticas, particularmente con hongos y cianobacterias. Tanto las hepáticas foliosas como las talosas frecuentemente desarrollan asociaciones endosimbióticas con hongos; los antocerotófitos y unas cuantas hepáticas (como por ejemplo, Blasia), con cianobacterias fijadoras de nitrógeno. Nuestros estudios se enfocan en las relaciones de hongos endosimbiontes en dos hepáticas talosas Marchantiales: Dumortiera y Cyathodium. Estamos interesados en la diversidad molecular de los hongos y su papel en la adaptación exitosa de estas plantas a sus ambientes. La información obtenida podría ser útil para estudios adicionales sobre microbiomas tropicales, particularmente en el Neotrópico.

Químicamente, las hepáticas han sido uno de los grupos de briofitas más estudiados. La mayoría de las hepáticas tienen cuerpos de aceite (oleosomas), orgánulos unidos a la membrana que sintetizan muchos metabolitos secundarios (por ejemplo, terpenoides y muchos compuestos aromáticos). Estos compuestos han sido útiles como indicadores quimiosistemáticos y también se sabe que muestran bioactividad contra hongos, bacterias, algunos virus, varios microorganismos de los alimentos, ciertas cepas de células cancerosas y algunos nematodos. Buscamos aislar, identificar y probar la bioactividad de los metabolitos secundarios de dos hepáticas y un antocerotófito contra los microorganismos tropicales que afectan a los cultivos y al hombre.