Unidad temática 22. Ecología de las poblaciones. Demografía (I)

RESULTADOS DEL CUIC

Ecología. Lic. Biología. 2010-2011. Javier Seoane

1

Unidad temática 22. Ecología de las poblaciones. Demografía (I)

Ecología de poblaciones

Ecología de poblaciones

- Hasta ahora hemos estudiado la ecología desde el punto de vista del individuo, pero hay importantes preguntas que van más allá: ¿Cuánto tardará la población en crecer hasta un tamaño determinado?

- Rama de la ecología que estudia la estructura y dinámica de las poblaciones Población: grupo de individuos de la misma especie que habitan el mismo área Definidas a diferentes escalas: fragmentos de hábitat, islas, regiones, continentes...

¿Cuál será el tamaño poblacional en n generaciones? ¿Qué efecto tiene la contaminación, la competencia..., en el tamaño poblacional? Fuentes: FAO, Schistocerca: adnmundo.com, nido: grefa.org, ambientum.org

Ecología. Lic. Biología. 2010-2011. Javier Seoane

Paleártico occidental Península ibérica

Madrid Plaza de Castilla

Fuente: Imágenes tomadas de Google Earth

2

Unidad temática 22. Ecología de las poblaciones. Demografía (I)

Ecología de poblaciones

Ecología de poblaciones

- El objetivo es derivar características y procesos poblacionales de las características y procesos individuales INDIVIDUO

Características

Procesos

POBLACIÓN

Edad

Abundancia y densidad

Sexo

Distribución de edades

Estadío larvario

Distribución espacial

Reproducción, muerte

Crecimiento poblacional

Crecimiento y desarrollo

Cambio en la distribución de edades

Migración

Mortalidad

-- Por ello existe un interés fundamental en: (1) el número de individuos (N) y su distribución espacial (2) los procesos demográficos que modifican ese número ! natalidad, mortalidad y migración Nahora = Nantes + nacimientos – muertes + inmigración – emigración, bien:

o

Nfuturo = Nahora + nacimientos – muertes + inmigración – emigración (3) los modos en que tales procesos demográficos son influidos por las condiciones ambientales (factores ambientales + recursos)

- En general los individuos se suponen equivalentes (siguen la misma historia vital y los mismos procesos a la misma tasa) Fuente: Modificado de las lecciones hipertextuales de A. Sharov en http://www.ento.vt.edu/~sharov/PopEcol/

Ecología. Lic. Biología. 2010-2011. Javier Seoane

Fuente: Ecología. Begon et al. 1995 (p.124)

3

Unidad temática 22. Ecología de las poblaciones. Demografía (I)

Tasas de mortalidad y natalidad. Potencial biótico -- TASA DE MORTALIDAD (q, probabilidad de muerte): proporción de individuos de una población que mueren con respecto al número inicial de individuos en un determinado periodo de tiempo: q = dt / Nt0 dt es el número de individuos muertos por unidad de tiempo Nt0 es el número de individuos vivos inicialmente -- TASA DE NATALIDAD (b): proporción de individuos de una población que nace con respecto al número inicial de individuos en un determinado periodo de tiempo: b = nt / Nt0 nt es el número de individuos nacidos por unidad de tiempo -- TASA INTRÍNSECA DE AUMENTO de una población (r, potencial biótico): diferencia entre la tasa de nacimientos y muertes: r=b-q

Obviamente, a mayor r mayor capacidad de crecimiento tendrá la población, por lo que se considera también como un potencial biótico

Ecología. Lic. Biología. 2010-2011. Javier Seoane

Crecimiento de poblaciones: modelo exponencial -- Si una población tiene acceso a recursos ilimitados (nutrientes, espacio) experimentará un patrón de crecimiento acelerado. Este es un patrón universal, que exhibe cualquier especie. -- ORGANISMOS con reproducción en pulsos no solapantes (semélparos o iteróparos) Supongamos una planta anual (el terófito Abundantissimus matritensis) cuyos individuos maduros generan un número de descendientes de los que sobreviven, en promedio, sólo 3 (R=3: no parece mucho) ¿Qué pasaría si: Existen 1000 individuos de esta especie en Madrid. Si dispusiera de recursos ilimitados su crecimiento ¿cuánto (1) cadapara planta generara sólo 1 tiempo tardaría nuestro gobierno regional en considerarla una plaga? descendiente? N0 = 1000 (2) cada dos plantas generaran 1 N1 = N0 x 3 = 3000 (densidad = 3000 / 8000 km2) descendiente? N2 = N1 x 3 = N0 x 3 x 3 = N0(3)2 = 9000 (d ! 1 / km2) N3 = N2 X 3 = N0 x 3 x 3 X 3 = N0 (3)3 = 27.000 (d ! 3 / km2) (…) Nt = N0Rt en sólo t=10 años más de 7.000 por km2 donde R es el número medio de descendientes producidos por individuo en una unidad de tiempo, o tasa geométrica de incremento poblacional ! Irreal: la población alcanzaría la capacidad de carga del medio ! la población comenzaría a ocupar hábitats subóptimos ! muestra que las poblaciones naturales pueden tener gran capacidad de aumentar

4

Unidad temática 22. Ecología de las poblaciones. Demografía (I)

Modelo exponencial

Crecimiento de poblaciones: modelo exponencial

-- Organismos iteróparos (o generaciones no solapadas) en ambiente ilimitado: crecimiento exponencial. Modelo exponencial Thomas Malthus (1766-1834) TAMAÑO DISCRETO DE LA -  N : número de individuos en el intervalo de tiempo t t POBLACIÓN - N0: número de individuos inicial - t: número de intervalos de tiempo (generaciones) - e: base de logaritmos neperianos (~2.72) Si t ! 0 - R: número de descendientes por cada individuo

Si las dos expresiones de Nt son equivalentes: … preguntas del día

-- Organismos iteróparos (o generaciones no solapadas) en ambiente ilimitado: crecimiento exponencial. TAMAÑO DE LA POBLACIÓN

Thomas Malthus (1766-1834)

-  Nt: número de individuos en el intervalo de tiempo t - N0: número de individuos inicial - t: número de intervalos de tiempo (generaciones) - e: base de logaritmos neperianos (~2.72) - R: número de descendientes por cada individuo

Si t ! 0

Modelo exponencial CONTINUO tres posibles resultados:

Fotografía: wikipedia.org

Ecología. Lic. Biología. 2010-2011. Javier Seoane

r: tasa intrínseca de incremento o tasa de crecimiento poblacional

Fotografía: wikipedia.org

5

Unidad temática 22. Ecología de las poblaciones. Demografía (I)

Crecimiento de poblaciones: modelo exponencial

Crecimiento de poblaciones: modelo exponencial -- ¿Es un modelo realista el crecimiento exponencial?

VELOCIDAD DE CRECIMIENTO DE LA POBLACIÓN

Thomas Malthus (1766-1834)

- El parámetro r en este modelo se puede interpretar como la diferencia entre las tasas de natalidad y mortalidad - Se trata de la tasa máxima de incremento en condiciones ideales, de ahí rmax - rmax se asume constante pero N aumenta, luego la velocidad de crecimiento aumenta con el tiempo - Excluímos por simplificar los efectos de la migración (+I-E)

Fotografía: wikipedia.org

Ecología. Lic. Biología. 2010-2011. Javier Seoane

El crecimiento exponencial sólo describe bien el crecimiento de poblaciones en ambientes ideales (o recién colonizados) durante un tiempo limitado

- Palinología: estudio del registro del polen fósil - La aparición de Pinus sylvestris en los lagos británicos tras la última glaciación seguía de un crecimiento exponencial… por un tiempo Fuente: Ecology. Molles 2006. Cap. 10 y 11.

- La tórtola turca, Streptopelia decaocto, se ha ido expandiendo desde el este de Europa durante la segunda mitad del siglo XX - En Gran Bretaña al crecimiento exponencial post-colonizador le siguió una ralentización

6

Unidad temática 22. Ecología de las poblaciones. Demografía (I)

Crecimiento de poblaciones: modelo exponencial Crecimiento exponencial de Escherichia coli en una placa petri

Crecimiento exponencial de Homo sapiens en la Tierra

La pregunta del día. Modelo exponencial. TAMAÑO DE LA POBLACIÓN

¿Cuál es la relación matemática entre R y r? Thomas Malthus (1766-1834)

¿Qué quiere decir esa relación? Si t ! 0

¿Qué tres posibles dinámicas poblacionales existirán en función de los valores de R (o r)? Si una población de cucarachas se dobla cada mes (30 días), cuál es su tasa de crecimiento (r) por día? ¿Cuál es la tasa de crecimiento poblacional de una población humana en que cada familia tiene 3 hijos a la edad de 30 años (no hay solteros ni divorcios y el cociente de sexos es 1:1)?

Fuentes: gráfico de http://www.micro.utexas.edu/courses/levin/bio304/com&pop/communities.html (posiblemente Peter E. Volpe: Biology and Human Concerns) y gifs animados de “exponential population growth” de E.R.Pianka (http://www.zo.utexas.edu/courses/THOC/exponential.growth.html)

Ecología. Lic. Biología. 2010-2011. Javier Seoane

¿Cuál sería el tamaño poblacional después de 100 años si el tamaño inicial es de 4 *109 individuos? Fotografía: wikipedia.org

7

Unidad temática 22. Ecología de las poblaciones. Demografía (I)

Crecimiento de poblaciones: modelo logístico - Pero la tasa de crecimiento poblacional puede estar limitada, p.e., dependiendo de la densidad poblacional (modelo logístico de Verhulst)

Crecimiento de poblaciones: modelo logístico (1804-1849)

Pierre F. Verhulst (1838)

Si N < K ! r > 0 y la población crece

! r0

(1) ¿Cuál sería la r relación de r con N? (2) ¿Qué procesos ecológicos frenan a r? Si N 3,6)

ciclos estables o límite (3