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Uso de drones en México para estudiar y proteger el hábitat de la mariposa monarca

Escrito por José Luis Gallardo-Salazar y Cuauhtémoc Sáenz-Romero

ARTÍCULO DE PORTADA

Uso de drones en México para estudiar y proteger el hábitat de la mariposa monarca

José Luis Gallardo-Salazar y Cuauhtémoc Sáenz-Romero
Año 14 / Número 80 / 2025
RECIBIDO: 03/06/2024; ACEPTADO: 10/07/2024; PUBLICADO: 14/05/2025

Resumen

En México se debe poner especial atención a los bosques de la Reserva de la Biosfera Mariposa Monarca (RBMM) que, en los últimos años, han reportado un incremento substancial de ataques de plagas y enfermedades. Una rápida identificación de los árboles debilitados o con signos de brotes activos de plagas, es vital para mantener sanos los sitios de estancia invernal de la mariposa monarca. Por ello, los autores del presente trabajo se encuentran desarrollando nuevas metodologías con el uso de drones equipados con cámaras especializadas que permitan una rápida identificación del número y ubicación de árboles debilitados y posiblemente infectados por plagas. Adicionalmente, se está integrando el uso de inteligencia artificial para hacer la detección aún más eficiente, lo que permitirá tomar decisiones de control fitosanitario mejor informadas y de manera más oportuna.

Palabras clave: Bosques de oyamel, declinación forestal, vehículos aéreos no tripulados.

 

Mariposa monarca: la pequeña viajera

Las culturas originarias del centro de México asociaban a las mariposas monarca con las flores y la belleza. Una antigua leyenda contaba que si susurrabas un deseo cerca de una mariposa monarca, este se haría realidad. Sin lugar a duda, las mariposas monarca han sido producto de admiración no solo por su majestuosidad, sino también por llevar a cabo una de las migraciones más largas y numerosas en el mundo (más de 4 000 km). Este fenómeno migratorio abarca tres países (Canadá, Estados Unidos y México), por lo que ha representado un símbolo de cooperación internacional en asuntos ambientales de interés común. Si bien, las mariposas monarca poseen una vida promedio de cuatro semanas, cuando se acerca el otoño surge una generación de mariposas con capacidad de vivir hasta 9 meses, llamada generación Matusalén (las cuales están encargadas de la migración estacional). Lo fantástico es que, a diferencia de las migraciones de aves, tortugas y ballenas, las monarcas que llegan a hibernar año con año a la parte central de México nunca han estado en este lugar.

 

 

Las mariposas monarca a lo largo de su vida cumplen con diversas funciones dentro del ecosistema. Durante la primera etapa de su vida (como larva) es un herbívoro que se alimenta del algodoncillo (Asclepias spp). Como adulto, la mariposa se alimenta del néctar de flores, prestando un importante papel como polinizador. A través de su migración hacen posible que el polen viaje pegado a sus cuerpos, promoviendo así la diversidad genética de las plantas con flores, contribuyendo de esta manera a la seguridad alimentaria de los seres humanos.

 

 

Situación actual de las mariposas monarcas

La Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN), la mayor fuente de información sobre el estado de riesgo de la biodiversidad global, declaró en el 2022 a la mariposa monarca, y al espectacular fenómeno de migración que la caracteriza, en la categoría de «En Peligro», debido a que la población de esta especie ha mostrado una reducción de hasta un 72% en la última década.

Las principales causas que han puesto en esta preocupante posición al fenómeno de migración de la mariposa monarcas son: 1) El uso desmedido de pesticidas y herbicidas, los cuales matan a las mariposas monarca y al algodoncillo; 2) Los fenómenos de declinación forestal como efectos del cambio climático que ponen en riesgo las zonas forestales de refugio invernal ubicadas en México. Afortunadamente, se han logrado reducir significativamente problemas como la tala clandestina de árboles dentro del área natural protegida. Sin embargo, la migración de estos insectos está en riesgo de perderse a menos que los seres humanos tomemos acciones para protegerlas.

 

 

Los bosques de oyamel se están debilitando por el cambio climático

Los bosques mexicanos de oyamel (Abies religiosa) proporcionan las condiciones y el clima adecuado para la hibernación de las mariposas monarca en los meses de noviembre a marzo. En estos meses, algunos sitios de los bosques de oyamel se pintan de color amarillo y negro, debido a la gran cantidad de mariposas que se posan sobre los troncos y las ramas de los árboles, generando uno de los espectáculos naturales más hermosos dentro del reino animal.

En reconocimiento a este fenómeno, estos bosques han sido declarados como Reserva de la Biosfera Mariposa Monarca (RBMM) y designados por la UNESCO como un Bien Patrimonio Mundial Natural. Sin embargo, en los últimos años, se han presentado síntomas de declinación forestal. Este fenómeno se ha observado en bosques templados a nivel mundial y está asociado al cambio climático, lo que implica un cambio en los regímenes de lluvia e incremento de temperatura; esta combinación debilita a las especies forestales que no poseen la capacidad de sobrellevar estas condiciones y que ha hecho más frecuente el ataque de plagas y enfermedades (e.g. insectos descortezadores).

Lo anterior ha puesto en alerta a los ejidos y comunidades, autoridades gubernamentales y sociedad civil que buscan proteger a toda costa las áreas destinadas a la llegada de las mariposas monarca. En este sentido, los principales esfuerzos han consistido en monitoreos permanentes de los estados de sanidad de los árboles que conforman los sitios de hibernación.

Desde siempre, las actividades de monitoreo forestal de la RBMM se han realizado con técnicas convencionales, lo que implica que los ejidatarios y comuneros recorran a pie largos trayectos, identificando de manera visual alteraciones en el arbolado. Este método resulta poco eficiente debido a que es imposible cubrir en un solo día toda la zona de interés. Asimismo, el registro de datos mediante la observación directa suele verse limitada por la alta densidad de árboles, la cantidad de ramas, la altura y por las limitaciones inherentes a la capacidad de la visión humana.

Aunado a que los árboles enfermos típicamente comienzan a morir desde la punta de la copa hacia abajo (a lo que se le llama muerte regresiva), resulta casi imposible determinar el estado fitosanitario cuando el bosque tiene una densidad elevada de árboles grandes. Regularmente, las brigadas de vigilancia fitosanitaria solo alcanzan a realizar unos cuantos recorridos al año para la detección temprana de plagas y enfermedades forestales dentro de la zona núcleo de la RBMM.

 

 

Drones: poderosos aliados en la conservación de la mariposa monarca

Por lo anterior, resulta apremiante evolucionar en los métodos de monitoreo forestal, implementando el uso de vehículos aéreos no tripulados (comúnmente llamados drones), mismos que brindan amplias ventajas en comparación con los métodos convencionales de inventarios forestales. Gracias al avance tecnológico, los drones son cada vez más accesibles y fáciles de manipular, a tal punto que personas no necesariamente expertas, pueden ejecutar de manera segura y precisa misiones de vuelo, sin importar lo complejo de sus sitios de estudio.

Los drones son una opción prometedora para lograr identificar el estado de salud de las copas de estos majestuosos árboles. Mediante diversos vuelos dentro de la zona núcleo de la RBMM, se han detectado los árboles desvitalizados de los cuales es necesario tomar acciones de saneamiento de manera emergente. En específico, se han utilizado dos modelos de drones: el Mavic 3 Multiespectral y el Matrice 300 RTK con el sensor LiDAR L1, ambos de la marca DJI.

El dron con cámara multiespectral tiene la capacidad de identificar áreas con signos de declinación forestal anticipadamente, gracias a que posee 4 bandas multiespectrales de 5 megapíxeles (verde, rojo, Red Edge e infrarrojo cercano) a partir de las cuales es posible calcular índices espectrales ampliamente utilizados en el monitoreo de la vegetación y hacer visible lo invisible para el ojo humano. El más común es el llamado Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI; por sus siglas en inglés), el cual ha arrojado resultados bastante prometedores. Esta valiosa información ha permitido que los autores del presente trabajo se enfoquen en desarrollar una metodología para identificar, geolocalizar y cuantificar árboles de oyamel con síntomas de estrés o mortalidad.

Por otra parte, el sensor LiDAR ha permitido obtener información precisa sobre la altura, diámetro de copa y volumen de los árboles presentes en los sitios de llegada de la mariposa monarca. Con esta tecnología ha sido posible generar modelos tridimensionales impresionantes de los árboles de oyamel, capturando con eficiencia los detalles de estructuras complejas del bosque y ofreciendo modelos reconstruidos de alta precisión.

La incorporación de los drones al flujo de trabajo de monitoreo y conservación permitiría obtener información con distintas temporalidades (diaria, semanal y mensual), así como análisis con enfoque multiespectral y de alta resolución (información a nivel árbol individual). Gracias a ello, los ejidatarios, comuneros o autoridades correspondientes podrían realizar sus labores de manera más eficiente e incrementar sus capacidades de acción.

Por ejemplo, los recorridos que realizan típicamente en una semana, con los drones, se podrán llevar a cabo en un solo día. Pero lo más sobresaliente es que de ninguna manera podrían lograr el mismo nivel de detalle (a nivel de árbol individual), tanto para medir el gradiente de vigor/estrés (con imágenes multiespectrales, no detectables para el ojo humano), como para contar, geolocalizar y cuantificar el volumen de cada uno de estos árboles.

Con un solo vuelo es posible cubrir aproximadamente 200 hectáreas, lo que se traduce en ahorros importantes en tiempo, recursos humanos y económicos. La obtención de esta información de alta resolución permitirá a las autoridades a cargo de la conservación de estas áreas tomar decisiones fitosanitarias para un control oportuno y asegurar que estos sitios sigan recibiendo a millones de mariposas año con año. Cabe destacar que, hasta el momento, la aplicación de estas tecnologías (imágenes multiespectrales y LiDAR) ha tenido una aplicación limitada en México para el bien de los recursos naturales.

Adicionalmente, se sigue trabajando para incorporar la inteligencia artificial a las labores de monitoreo y vigilancia fitosanitaria de los bosques de la RBMM. Se ha logrado entrenar una «Red Neural» para detectar en tiempo real, a partir de videos e imágenes capturadas con drones, los árboles con síntomas de declinación. Una «Red Neuronal» es un conjunto de procesos que usan las computadoras, inspirado en el funcionamiento del cerebro humano, y se utiliza principalmente para analizar imágenes y reconocer patrones en ellas.

En la siguiente imagen se muestra cómo la inteligencia artificial detecta y otorga un porcentaje de certidumbre con respecto a los árboles muertos en pie. Este avance tecnológico se ha logrado gracias a la ejecución de una gran cantidad de vuelos de drones en distintas épocas del año, lo que ayudó a conformar una amplia biblioteca de imágenes que contiene árboles desde distintos ángulos y resoluciones, útiles para el entrenamiento de la «Red Neuronal».

En la actualidad, se buscan alternativas para la transferencia tecnológica con las comunidades locales (ejidos y comunidades indígenas) y con organismos gubernamentales, como la Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas y la Comisión Nacional Forestal.

 

Cuauhtémoc Sáenz Romero

Biólogo por la Universidad Autónoma Metropolitana-Xochimilco, Maestro en Ciencias Forestales por la Universidad Autónoma Chapingo y Doctor en Forestería, orientado al mejoramiento y genética de plantas, en la Universidad de Wisconsin-Madison, USA. Profesor Investigador del Instituto de Investigaciones sobre los Recursos Naturales, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores, nivel III. Su línea de investigación es el mejoramiento genético forestal, variación genética de caracteres cuantitativos con valor adaptativo entre poblaciones de especies forestales, impactos potenciales del cambio climático en especies forestales y migración asistida de especies forestales como adaptación al cambio climático.
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José Luis Gallardo-Salazar

Estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas, Opción Ciencias Agropecuarias Forestales y Ambientales, Instituto de Investigaciones Agropecuarias y Forestales, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, Michoacán. Es Ingeniero en Restauración Forestal por la Universidad Autónoma Chapingo y Maestro en Geomática Aplicada por la UJED.
Sus principales líneas de investigación son el uso y aplicación de los vehículos aéreos no tripulados en el manejo de recursos naturales. Particularmente para la evaluación de los efectos del cambio climático en los ecosistemas forestales. Ha publicado y participado como árbitro en diversos artículos científicos en revistas nacionales e internacionales.
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Gallardo-Salazar J.L., Pompa-García M., Aguirre-Salado C.A., López-Serrano P.M. y Meléndez-Soto A. (2020). Drones: tecnología con futuro promisorio en la gestión forestal. Revista Mexicana de Ciencias Forestales, 11(61), 27-50. https://cienciasforestales.inifap.gob.mx/index.php/forestales/article/view/794

 

Gallardo-Salazar J.L., Sáenz-Romero C., Lindig-Cisneros R., López-Toledo L., Blanco-García J.A. y Endara-Agramont Á.R. (2023). Three decades of remote sensing analysis of forest decline related to climate change: a bibliometric study. Cuadernos de Investigación Geográfica, 49(1), 69-87. https://doi.org/10.18172/cig.5639

 

Hammond W.M., Williams A.P., Abatzoglou J.T., Adams H.D., Klein T., López R., Sáenz-Romero C., Hartmann H., Breshears D.D. y Allen CD. (2022). Global field observations of tree die-off reveal hotter- drought fingerprint for Earth’s forests. Nature Communications, 13(1), 1761. https://doi.org/10.1038/s41467-022-29289-2