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Dinámica de las poblaciones
Dinámica de las poblaciones
Conceptos básicos
La ecología es el estudio de la distribución y abundancia de los organismos, así como de las interacciones entre estos y el ambiente físico en que viven.
En esta clase profundizaremos algunos temas relacionados con la abundancia e interacción entre organismos y la conservación de la biodiversidad.
Para la comprensión de esta materia, es necesario tener claridad sobre algunos conceptos relacionados con los temas que se abordarán
Glosario de conceptos básicos de ecología
Es un grupo de individuos pertenecientes a la misma especie (organismos conespecíficos) que coexisten en la misma área.Grupo de poblaciones que viven en una misma área. Por lo tanto, una comunidad está formada por poblaciones pertenecientes a diferentes especies.Sistema constituido por las relaciones entre organismos de una comunidad y entre estos y el ambiente físico en el que viven.Conjunto de regiones de la Tierra en las que existen organismos vivos. Este conjunto abarca la superficie terrestre, la atmósfera, capas subterráneas y masas de agua.“Tipo” de lugar en donde un organismo vive. La descripción del hábitat incluye a otros organismos que viven en la misma área, así como las características físicas y químicas de dicho ambiente.Describe todos los recursos bióticos y abióticos presentes en el ambiente utilizados por un organismo. Afirmar que un organismo ocupa un determinado nicho implica que ciertos recursos son consumidos por él, o bien, que ciertas cualidades del ambiente se ven alteradas por la presencia del organismo. De esta forma, el concepto de nicho implica la interacción entre el organismo y el ambiente así como los efectos de esa interacción.Dinámica de las poblaciones
La Dinámica de Poblaciones es un área de la ecología que estudia los aspectos relacionados con el crecimiento, abundancia y distribución de los organismos en las poblaciones.
La abundancia y distribución son generalmente descritas en término de tamaño, densidad, dispersión y estructura etárea.
El tamaño poblacional se refiere simplemente al número total de individuos en la población y se simboliza con la letra N.
La densidad corresponde al número de individuos (N) por área o volumen, según corresponda, ocupada por la población (N/area o N/volumen).
La dispersión describe cómo los individuos de una población están distribuidos en el área que ocupan. La dispersión puede ser de tipo agrupada (grupos densos de organismos), uniforme (los organismos están distribuidos siguiendo un patrón) o aleatoria (como, por ejemplo, los árboles en un bosque).
Ver animación tasa de crecimiento
Ver animación Tamaño de una población
Estructura etárea
La estructura etárea corresponde a una descripción de la abundancia de individuos en las diferentes edades. Se representa, generalmente, a través de diagramas en forma de pirámide, como los siguientes, en el que las barras horizontales indican la frecuencia de individuos en un determinado grupo de edad y la línea vertical divide a la población entre machos y hembras. Una población de rápido crecimiento es aquella en que hay una alta frecuencia de individuos de edades juveniles, por lo que el diagrama resultante exhibe una estructura piramidal.
Pirámides etáreas que representan la estructura de la población chilena en los años 1950 y 2005, evidenciando importantes cambios en el tamaño poblacional y la composición etárea.
Tomado de:
http://www.kalipedia.com/kalipediamedia/geografia/media/200806/06/geochile/20080606klpgeogch_16_Ges_SCO.png (Enlace No Disponible)
http://www.kalipedia.com/kalipediamedia/geografia/media/200806/06/geochile/20080606klpgeogch_17_Ges_SCO.png (Enlace No Disponible)Sobrevivencia
Además de las pirámides etáreas, existen otras formas de describir características de las poblaciones, como por ejemplo, las curvas de sobrevivencia. Estas representan el modo como varía la mortalidad de los individuos de una población.
Una curva de tipo II describe a poblaciones o especies en las que la sobrevivencia es más o menos aleatoria a diferentes edades, es decir, la probabilidad de muerte es más o menos la misma en los distintos grupos etáreos.
Las curvas de tipo III describen especies y poblaciones en las que la mayoría de los individuos mueren a edades juveniles y en donde solo una pequeña proporción alcanza edades reproductivas. Este tipo de curva es característica de especies que forman parte del plancton, pues las etapas juveniles corresponden a larvas que son presa fácil de organismos depredadores. Una curva de tipo I corresponde a especies en las cuales los individuos mueren más frecuentemente a edades tardías, como es el caso de la nuestra.
Crecimiento poblacional
Los tres tipos generales de crecimiento poblacionalEl crecimiento de una población se describe a través de diferentes parámetros, es decir, medidas que indican diferentes propiedades del crecimiento. Entre los parámetros usados, para este efecto, están el potencial biótico, la capacidad de carga y los factores limitantes.
El potencial biótico se refiere a la tasa de crecimiento máximo de una población en condiciones ideales, es decir, con la cantidad de recursos óptimos y sin restricciones al crecimiento. El potencial biótico está limitado por los siguiente factores, entre otros: edad de la madurez reproductiva, número de la progenie, frecuencia de la reproducción, tiempo reproductivo, y sobrevivencia de la progenie hasta la edad reproductiva.
La capacidad de carga, por otra parte, corresponde al número máximo de individuos de una población que pueden ser sostenidos por un hábitat.
Los factores limitantes son los agentes que impiden a las poblaciones alcanzar el potencial biótico. Los factores limitantes se dividen, a su vez, en factores denso-dependientes y denso-independientes.
Los factores denso-dependientes limitan el crecimiento más fuertemente, a medida que aumenta la densidad de la población. Ejemplo de estos factores son los productos de desecho de las poblaciones de bacterias. Cuando la población es pequeña y poco densa, los desechos no representan un factor que limite el crecimiento de la población. Cuando la población ha crecido lo suficiente y la densidad es alta, los desechos metabólicos limitan fuertemente el crecimiento poblacional.
Los factores denso-independientes son aquellos que afectan el crecimiento poblacional independientemente de la densidad de la población. Los desastres naturales son un buen ejemplo de factores denso-independientes.
El gráfico representa la variación del tamaño poblacional bajo factores denso-dependientes y denso-independientes.Descripción del tamaño poblacional
El tamaño poblacional puede ser descrito en términos de la siguiente función
R = nacidos – muertos / N
En esta ecuación, R es la tasa reproductiva (o tasa de crecimiento poblacional) y N es el tamaño poblacional a tiempo cero, es decir, al comienzo de la cuantificación de los individuos nacidos y muertos en la población. El numerador de esta ecuación (nacidos – muertos) corresponde simplemente al incremento neto del tamaño poblacional. Si los términos a ambos lados del símbolo ’=’ son multiplicados por N, entonces se obtiene:
ΔN/ΔT = RN = nacidos – muertos.
La letra griega delta (triángulo) significa incremento. Por lo tanto, ΔN/ΔT corresponde al incremento del número de individuos por un intervalo de tiempo dado.
Cuando la tasa reproductiva llega al máximo, es decir, al potencial biótico, entonces se le denomina “tasa intrínseca de crecimiento”. Por el contrario, cuando la tasa de mortalidad excede a la tasa de natalidad, R es negativo y la población disminuye su crecimiento (decrece). Si la tasa de natalidad iguala a la tasa de mortalidad, entonces el tamaño de la población permanece constante.
El gráfico representa el crecimiento de tres poblaciones (eje X=tiempo, eje Y=tamaño poblacional) en las que hay una diferente tasa de natalidad. Rojo, R= – 0,5 ; Negro, R= 0; Azul, R= 0,5. (http://ipmworld.umn.edu/cancelado/spchapters/ecologySP.htm).Los ecólogos distinguen dos tipos de crecimiento poblacional: el crecimiento exponencial y el crecimiento logístico.
El crecimiento exponencial es aquel en el que la tasa de crecimiento es mayor que cero. Esto significa que el crecimiento de la población se acelera cada vez más, a medida que transcurre el tiempo. Al graficar el número de individuos por unidad de tiempo se obtiene una curva con forma de J, característica de este tipo de crecimiento.
Figura. Crecimiento exponencial.El crecimiento logístico ocurre cuando determinados factores limitan el crecimiento de las poblaciones hasta la capacidad de carga del hábitat. En el caso del crecimiento logístico, la siguiente ecuación (donde K representa la capacidad de carga) describe la relación entre incremento poblacional e incremento de tiempo de la siguiente forma:
ΔN/ΔT =R N (K-N/K)
En este tipo de crecimiento, cuando el tamaño poblacional aumenta su tasa reproductiva, tiende a disminuir en la medida que se alcanza la capacidad de carga del hábitat, es decir, cuando N se aproxima a K. Cuando la tasa reproductiva llega a cero, entonces se ha alcanzado la capacidad de carga y el crecimiento poblacional se detiene. Al graficar este tipo de crecimiento se obtiene una curva en la que se puede apreciar la forma sigmoidea que lo caracteriza.
Figura. Crecimiento logísticoLos patrones de crecimiento logístico y exponencial están asociados a propiedades de la historia de vida de las poblaciones, más específicamente, al tipo de estrategia reproductiva: Estrategia reproductiva de tipo K y de tipo r.
En la estrategia de tipo K, el tamaño de las poblaciones permanece más o menos constante, cercano a la capacidad de carga. Las especies que siguen este tipo de estrategia, como nosotros los humanos, producen un pequeño número de descendientes, de tamaño relativamente grande, que requieren cuidado parental hasta que la descendencia alcanza la etapa adulta.
En la estrategia reproductiva de tipo r, las poblaciones exhiben un crecimiento poblacional característico del tipo exponencial (curva en forma de J). Este tipo de crecimiento es característico de algunos insectos y de otros organismos que invaden rápidamente el hábitat, se reproducen rápidamente y luego, mueren.
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Comunidades
Comunidades
La ecología de comunidades se ocupa de estudiar la interacción entre poblaciones. Uno de los tipos más frecuentes de interacción corresponde a la competencia interespecífica, o competencia entre poblaciones de diferentes especies.
Cuando dos especies compiten por los mismos recursos, es decir, cuando ocupan el mismo nicho, lo más probable es que una de ellas sea más exitosa que la otra en la obtención de dichos recursos. Por lo tanto, en estos casos, se espera que una de las especies que participa en la competencia desaparezca de la comunidad. Este principio, denominado Principio de Exclusión Competitiva, establece así que dos especies no pueden ocupar un mismo nicho en una misma comunidad.
Las poblaciones S1 y S2 presentan sobrelapamiento de nicho (derecha). Según el principio de exclusión competitivaSin embargo, algunas especies coexisten a pesar de la competencia por recursos que, aparentemente, son los mismos. Al estudiar con detención estos casos, los ecólogos han detectado que los nichos, generalmente, no son exactamente coincidentes, sino que presentan pequeñas diferencias. Al diferir estos últimos, en alguna medida, las especies aseguran el éxito frente a otras, al interior de la comunidad.
Las especies “dividen” los recursos, fenómeno denominado Partición de los Recursos. El “desplazamiento de caracteres” es el resultado de la partición de recursos. Ciertos individuos presentan características que los hacen más exitosos en sus particiones particulares. La selección actúa sobre esos caracteres reduciéndose así la competencia. Este proceso tiene como consecuencia la divergencia de características entre un par de especies.
La predación constituye otra forma de interacción entre organismos de diferente especie. Un predador es un organismo que consume, de manera total o bien parcial, especies de plantas o animales. Los verdaderos predadores son animales que matan a otros animales para alimentarse. Los parásitos, en tanto, transcurren toda la vida en hospederos. El hospedero generalmente no muere, o por lo menos no lo hace hasta que el parásito ha completado su ciclo de vida.
Los parasitoides corresponden a insectos que dejan sus huevos en un hospedero, generalmente una araña o un insecto. Eventualmente, el hospedero puede morir debido a la infección con el parásito. Sin embargo, por lo común, el parásito alcanza la etapa adulta antes que el hospedero muera.
Los herbívoros corresponden a animales que se alimentan de plantas.
Ver animaciones:
Mutualismo, comensalismo y parasitismo
Las simbiosis corresponden a relaciones ecológicas interespecífcas en las que dos organismos, pertenecientes a dos especies diferentes, viven toda la vida (o parte de ella) en estrecho contacto. Algunos tipos de simbiosis son: mutualismo, comensalismo y parasitismo.
En el mutualismo, ambas especies se ven beneficiadas con la interacción (relación +/+). En el comensalismo, una de las especies se beneficia con la interacción, mientras que la otra especie no se beneficia ni se perjudica (relación +/0). Finalmente, en el parasitismo, como se vio anteriormente, una especie (el parásito) se ve beneficiado, mientras que el hospedero se ve perjudicado. El parasitismo es, por lo tanto, una relación de tipo +/-.
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Sucesión Ecológica
Sucesión Ecológica
Se denomina sucesión ecológica al cambio en la composición de especies en un área determinada, a través del tiempo. La sucesión ecológica describe cómo una comunidad es reemplazada gradualmente, de acuerdo a etapas predecibles, por una nueva comunidad.
La sucesión ecológica tiene como resultado un incremento en la biodiversidad (número de especies diferentes) que coexisten en una comunidad. La etapa final de la sucesión corresponde al clímax, estado relativamente invariante por haber alcanzado el potencial máximo de biodiversidad, debido a la sucesión ecológica. De esta manera, el clímax de la comunidad permanece más o menos inalterado, hasta que algún accidente (catástrofes naturales, por ejemplo) lo destruye y da inicio a una nueva historia de sucesión. Las sucesiones no son absolutamente predecibles, pues existen situaciones en las que las etapas de la sucesión cambian de orden, debido, por ejemplo, a influencias de difícil predicción (aleatorias, como por ejemplo, las condiciones climáticas).
Secuencia que ilustra la sucesión ecológica:
Las sucesiones de períodos cortos de tiempo ocurren generalmente debido a la alteración del hábitat por parte de las poblaciones. Las sucesiones frecuentemente se refieren a los cambios de las comunidades de plantas que habitan una región. Las especies de animales pueden también presentar un patrón de sucesión, el que está más bien ligado a las especies de plantas que coexisten en la comunidad. Los animales, a su vez, contribuyen enormemente a la sucesión de especies, pues aportan una gran cantidad de moléculas orgánicas al suelo y, por otra parte, son muchas veces consumidores de plantas. En síntesis, los animales contribuyen a la sucesión ecológica debido a su capacidad de transformación del medio.
Las plantas y animales que inician la sucesión son denominados pioneros, o especies pioneras. Son, la mayor parte de las veces, especies oportunistas, con alta capacidad de dispersión y características reproductivas de tipo r.
Las especies pioneras se caracterizan por presentar una alta capacidad de resistencia a condiciones adversas, como por ejemplo, la falta de suelo rico en materia orgánica. A medida que las condiciones ambientales cambian, las especies con estrategia reproductiva r comienzan a ser reemplazadas por especies con estrategias K. Puesto que estas últimas viven mucho más tiempo, la sucesión comienza a frenar su tasa de recambio. Una vez que se alcanza el clímax, la comunidad puede permanecer más o menos invariante a lo largo de muchos (cientos) de años.
Existen dos tipos de sucesión: Primaria y secundaria. En la primaria las especies pioneras son las primeras en colonizar el área. La sucesión secundaria, en cambio, es la que aparece en un área que ha sido devastada por diferentes fenómenos naturales (incendios, por ejemplo).
Links sugeridos
http://ipmworld.umn.edu/cancelado/spchapters/ecologySP.htm
Autoevaluaciones
Pregunta Nº 2
Observa atentamente el siguiente gráfico y luego responde las preguntas.
El gráfico representa el crecimiento de una población (eje x = tiempo en días; eje y = número de individuos en la población).
- ¿Cuál es la capacidad de carga de esta población? Explica.
- ¿Qué tipo de crecimiento presenta esta población? ¿Por qué?
- ¿En cuál de los siguientes intervalos de tiempo se produce el aumento mayor en el tamaño de la población?: I) Del segundo al tercer día; II) Del quinto al sexto día; III) Del noveno al décimo día.
- La capacidad de carga de esta población es de alrededor de 1000 individuos, pues según la curva es el número máximo de organismos que este ambiente puede soportar. La capacidad de carga se alcanzó al décimo día y se puede extrapolar que después de ese tiempo no ocurre aumento del tamaño poblacional.
- Esta población presenta un crecimiento de tipo sigmoideo, pues la población crece lentamente al inicio, luego experimenta un incremento en la tasa de crecimiento para, en la última parte de la curva, presentar nuevamente un crecimiento relativamente retardado. Este tipo de crecimiento recibe su nombre por la forma característica de la curva: sigmoidea, con forma de “S”.
- Entre las alternativas propuestas, el mayor aumento en el tamaño de la población, es decir, la mayor tasa de crecimiento, corresponde a II, entre los días 5 y 6. Esto se puede establecer, al comparar las pendientes de la curva en los diferentes intervalos. Una pendiente mayor implica mayor tasa de crecimiento.
Pregunta Nº 3
Dibuja un gráfico que represente la variación temporal de la «tasa de crecimiento» de una población con crecimiento exponencial.
El crecimiento exponencial implica que la tasa de crecimiento se incrementa constantemente, por lo tanto la curva es del siguiente tipo.
Pregunta Nº 5
Construye un mapa conceptual que incluya los conceptos: Factores bióticos, hábitat, factores abióticos, nicho, poblaciones, comunidades y especie. Puedes incluir otros conceptos que te parezcan relevantes.
Un mapa conceptual correcto (entre otras posibilidades) construido con los conceptos propuestos es el siguiente:
Ejercicios
Ejercicio Nº 2
Los siguientes gráficos representan el crecimiento poblacional en cinco poblaciones: a, b, c, d y e.
¿Cuál de las poblaciones presenta un crecimiento poblacional exponencial?
El crecimiento exponencial se caracteriza por un incremento constante en la tasa de crecimiento. Dicho de otra forma, las poblaciones crecen más rápido a medida que transcurre el tiempo. Este tipo de crecimiento presenta una curva con una forma similar a la letra “J”.
Respuesta correcta : Alternativa B
Ejercicio Nº 3
Los siguientes gráficos representan el crecimiento poblacional en cinco poblaciones: a, b, c, d y e.
¿Cuál población registra decremento poblacional en la mitad inicial del registro?
La curva de crecimiento de la población a presenta un patrón de crecimiento sostenido y relativamente constante hasta la mitad del registro. Sin embargo, después de ese punto en el tiempo, la población empieza a disminuir su tamaño, lo que se refleja en el descenso de la curva, originando una curva con forma de campana.
Respuesta correcta : Alternativa A
Ejercicio Nº 4
Los siguientes gráficos representan el crecimiento poblacional en cinco poblaciones: a, b, c, d y e.
¿Cuál de las poblaciones alcanzó el potencial biótico?
A lo largo del registro solo la población e alcanzó el potencial biótico, puesto que su crecimiento llegó a un punto máximo, que se hizo constante a medida que transcurrió más tiempo. El ambiente que ocupa esta población alcanzó su capacidad de carga en el momento en que la curva llegó al plateau (se hizo plana). Los conceptos de capacidad de carga, potencial biótico y tasa intrínseca de crecimiento están directamente relacionados.
Respuesta correcta : Alternativa E
Ejercicio Nº 10
El siguiente gráfico muestra los resultados de un experimento en el que se cuantificó el tamaño de poblaciones de algas en condiciones experimentales:
Al respecto, es correcto señalar que entre las poblaciones de ambas especies podría existir una relación ecológica del siguiente tipo:
I. Comensalismo
II. Mutualismo
III. Parasitismo
IV. Competición
A) Solo I y II
B) Solo I y III
C) Solo III y IV
D) Solo II, III y IV
E) I, II, III y IV
La población de la especie A crece más cuando está en presencia de la población de la especie B que cuando vive solitariamente. Por lo tanto, la especie B representa un beneficio para la especie A, que se traduce en un aumento de su capacidad reproductiva. Esta relación beneficiosa podría ser de tipo comensalismo (solo la especie A se beneficia o bien mutualismo) ambas se benefician. Para poder identificar de manera precisa cuál de los dos tipos de relaciones se está desarrollando, habría que analizar el efecto de la presencia de la especie A sobre el crecimiento de la población de la especie B.
Respuesta correcta : Alternativa A