¿Qué es el índice de Shannon y para qué sirve?
¿Qué es el índice de Shannon?
El índice de Shannon, también conocido en la literatura como Shannon-Weaver, se usa para medir la biodiversidad específica, es decir, la cantidad de diferentes microorganismos y organismos que hay en un ecosistema.
Se usa el símbolo H’ para representarlo, y sus valores oscilan entre números positivos, generalmente entre 2, 3 y 4. En la literatura, este índice es uno de los más populares para la medición de la biodiversidad.
El índice toma en cuenta la cantidad de especies que existen en la muestra y la cantidad relativa de individuos que hay para cada una de las especies. Es decir, contempla la riqueza y la abundancia de las especies.
Como la fórmula implicada en su cálculo involucra un logaritmo, no existe un valor máximo para el índice. No obstante, el valor mínimo es cero, indicando la ausencia de diversidad –la condición existente en un monocultivo, por ejemplo, donde solo hay una especie–.
Se interpreta que valores menores a 2 son ecosistemas con una diversidad de especies relativamente baja, mientras que los mayores a 3 son altos. Las regiones de desierto son ejemplos de ecosistemas poco diversos.
Los bosques del trópico y los arrecifes, en contraste, son ecosistemas con una biodiversidad de especies bastante elevada.
Perspectiva histórica
El índice de Shannon fue propuesto por Claude Elwood Shannon (1916-2001), con el objetivo de encontrar una medida que pudiese cuantificar la entropía. Este investigador era un matemático e ingeniero eléctrico, oriundo de los Estados Unidos.
Existe cierta confusión con el nombre real del índice. El nombre completo es índice de Shannon-Weiner. No obstante, en muchas ocasiones los autores se refieren a él como índice de Shannon-Weaver.
Este error ocurrió, en parte, porque Claude Shannon trabajó en colaboración con el matemático Warren Weaver en diversas ocasiones.
Definición
La diversidad es uno de los parámetros más importantes que se usa para describir los ecosistemas.
El índice de Shannon es un índice que busca medir la diversidad de especies, considerando la uniformidad de las mismas. Es una aplicación de la teoría de la información, y se basa en la idea de que la mayor diversidad corresponde a una mayor incertidumbre en elegir de manera aleatoria a una especie en específico.
En otras palabras, el índice formula la uniformidad de los valores de importancia por medio de todas las especies de la muestra.
Puede tomar los siguientes valores mínimos y máximos: el cero indica que solo hay una especie, mientras que el logaritmo de S (número total de especies en la muestra) significa que todas las especies están representadas por el mismo número de individuos.
Supongamos que tenemos un ecosistema hipotético con solo dos especies. Pensemos, además, que se encuentran en la misma frecuencia (son equifrecuentes). Así, la incertidumbre es del 50%, ya que las dos alternativas son igualmente posibles.
La identificación que otorga la certeza es la unidad de información, denominada “bit”. Si tenemos, por ejemplo, cuatro especies equifrecuentes, la diversidad será de dos bits.
Fórmula
Matemáticamente, el índice de Shannon lo calculamos por medio de la siguiente expresión:
H’ = – Σ pi ln pi
En la expresión del índice, la variable pi representa la abundancia proporcional de la especie i, calculada como el peso seco de la especie, dividido, a su vez, por el peso seco total en la muestra.
De esta manera, el índice cuantifica la incertidumbre en la predicción de la identidad de la especie de un individuo que es tomado al azar de una muestra.
Además, la base del logaritmo usado en la expresión puede ser elegida libremente por el investigador. El mismo Shannon discutió los logaritmos en base 2, 10 y e, donde cada uno correspondía a distintas unidades de medidas.
Así, las unidades son dígitos binarios o bits, dígitos decimales, y dígitos naturales, para las bases 2, 10 y e, respectivamente.
Ventajas
El índice de Shannon es uno de los más usados en las investigaciones ecológicas, ya que su aplicación conlleva ciertas ventajas, comparado con los otros índices de diversidad que son relativamente populares.
– Primero, el índice no es afectado de manera significativa por el tamaño de la muestra. Diversos estudios han buscado encontrar el efecto del tamaño de la muestra y han llegado a la conclusión de que, realmente, el tamaño de la muestra tiene un efecto muy leve en cuento a las mediciones de la diversidad de las especies.
– Segundo, la aplicación del índice conlleva a la captura de una gran cantidad de información, en solo una expresión matemática. Esto es una característica muy útil si se quiere comunicar una cantidad significativa de información a una audiencia amplia.
– Además, poner un índice “en contexto” es crucial para su interpretación. La primera parte consiste en reconocer los valores máximos y mínimos que arroja. En el índice de Shannon es fácil visualizar que el máximo corresponde al Log S, donde S es la riqueza y el mínimo es 0.
Uniformidad
El índice de Shannon está basado en un concepto muy relevante en ecología: la uniformidad. Este parámetro hace referencia al grado en el que las especies están representadas a lo largo de la muestra.
Los extremos abarcan una sola especie dominante y otras especies presentes en números muy bajos (valores de uniformidad cercanos al 0), a todas las especies representadas por números iguales (valores de uniformidad cercanos al 1).
La uniformidad tiene un papel fundamental en el análisis ecológico de la diversidad. Por ejemplo, en comunidades más uniformes, el índice de Shannon se vuelve más sensible a la riqueza.
Aplicabilidad
Los índices de diversidad son ampliamente usados en el monitoreo, desde el punto de vista de la ecología y de la conservación de especies en peligro.
Los índices de diversidad de especies tienen la particularidad de resumir una cantidad grande e importante de datos que puede ser usada para inferir características de la población.
Este índice se ha utilizado para estudiar los diferentes efectos de las perturbaciones y el estrés en la diversidad de comunidades, tanto de animales como de plantas, ya que provee información compleja basada en el número de especies y en la uniformidad.
Por último, el lazo existente entre la diversidad de los ecosistemas y la resiliencia de los mismos ha sido tema de amplio debate. Algunos estudios han logrado corroborar este planteamiento.
Referencias
- Núñez, E. F. Sistemas silvopastorales establecidos con Pinus radiata D. Don y Betula alba L. en Galicia. Universidad Santiago de Compostela.
- Kelly, A. Developing Metrics for Equity, Diversity and Competition: New measures for schools and universities. Routledge.