Ecología Poblaciones: dinámica, regulación e interacciones.

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1- Vicuñas (Vicugna vicugna) y Guanacos (Lama guanicoe), en Tinogasta 2- Parina chica (Phoenicoparrus jamesi) en Laguna Grande. 3- Palomas (Zenaida auriculata) en campo de soja. 4- Algas (Certium hirundinella) muestreada en dique Sumampa, Placlin.

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REVISIÓN DE CONCEPTOS Poblaciones --> sus características resultan de la interacción de factores intrínsecos y extrínsecos.

Demografía y Dinámica poblacional • N° de Ind.

CARACTERÍSTICAS DE LAS POBLACIONES

• Biomasa total. Estructurales • Proporción por edades o clases diamétricas. • Proporción de sexos. • Distribución horizontal

Dinámica

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Tasa de natalidad. Tasa de mortalidad. Migraciones Supervivencia Etc.

Dinámica poblacional En términos generales, existen dos tipos básicos de curvas que representan gráficamente el crecimiento de una población: 1- Crecimiento de tipo exponencial o curva “en J”, que corresponde a un crecimiento de tipo exponencial 2- Crecimiento logístico o curva sigmoide o “en S”.

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Crecimiento exponencial: Es una progresión geométrica. - Insectos, bacterias, etc. - En poblaciones naturales, se produce en principio debido a que no existen factores limitantes. - Se conduce a una superpoblación en la cual si falta alguno de los requerimientos de la especie (alimento, espacio, algún cambio ambiental desfavorable), que incide en la supervivencia de la población, se eleva la mortalidad, que devuelve a la población a niveles inferiores al límite de carga del sistema. Pueden quedar algunos individuos en estado latente (semillas, esporas, huevos) que en condiciones favorables, vuelvan a iniciar el desarrollo. Generalmente estas poblaciones poseen un alto potencial biótico, pequeño tamaño individual y ciclos biológicos cortos. La velocidad instantánea teórica de reproducción puede expresarse como dN/dt = rN

Crecimiento logístico: Comienza con una fase de crecimiento lento seguido de aceleración positiva y luego de una fase de crecimiento rápido. Se produce una desaceleración hasta que finalmente el tamaño de la población se estabiliza. A largo plazo, en todas las poblaciones con crecimiento logístico el agregado de nuevos individuos en función del tiempo tiende a cero (la natalidad e inmigraciones se equilibra con la mortalidad y emigraciones). Todo ecosistema presenta una determinada capacidad de carga para cada población que sostiene (distinta para cada especie y cada tipo de ambiente), que suele indicarse con la letra “K”. Cuando una población en crecimiento va acercándose al límite de capacidad de carga del ecosistema, a ese crecimiento va oponiéndose una resistencia ambiental que puede definirse como la suma de factores limitantes del ambiente de ese ecosistema que restringen el crecimiento poblacional. Las poblaciones que presentan crecimiento logístico (en general, especies de ciclos biológicos largos) van ajustando su velocidad de crecimiento según la resistencia que opone el ambiente. La etapa de aceleración se produce cuando el número de individuos está lejos de la capacidad de carga, lo que significa que aún hay disponibilidad de recursos. Su tamaño final dependerá de la capacidad de carga del sistema, con pequeñas fluctuaciones + y - en torno a ese límite.

Crecimiento logístico: Cuando una población ha alcanzado su nivel máximo, su futuro podrá ser de una de las siguientes formas: - Mantenerse al mismo nivel durante largo tiempo. - Aumentar lentamente, con una mejor adaptación al medio. - Declinar de forma progresiva, hasta en algunos casos llegar a la extinción. - Fluctuar regular o irregularmente. Para estos tipos de organismos, la velocidad instantánea teórica de reproducción puede expresarse como dN/dt = rN (K – N)/K

Las fluctuaciones en la densidad poblacional pueden clasificarse también según el período en que se manifiestan en: - Fluctuaciones estacionales. - Fluctuaciones anuales - Fluctuaciones cíclicas

Cambios en la densidad poblacional

Factores abióticos

Factores abióticos - Temperatura. - Precipitaciones. - UV, etc.

Cambio del tamaño de la población o densidad dN/dt= (B+I) – (D+E)

- predación - competencia - parasitismo

Factores denso-dependientes y densoindependientes Las variables bióticas afectan a la densidad poblacional, por lo que se llaman variables o factores denso-dependientes. Inducen una dinámica poblacional cuyo efecto es la regulación del tamaño poblacional en torno a un valor de equilibrio Los factores denso independientes en cambio, no son capaces de regular las poblaciones, es decir, mantener su densidad en torno a un valor de equilibrio, simplemente la afectan, y a veces de modo muy drástico, llevando la población a su extinción.

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores Denso-independientes y factores denso-dependientes La dinámica que exhiben

las poblaciones naturales en una determinada

localidad está estrechamente vinculada con la relación que existe entre la distribución y la abundancia poblacional. ¿Por qué las poblaciones naturales fluctúan de determinada manera en el

tiempo? Durante mucho tiempo se ha estado discutiendo sobre que fuerzas o factores regulan a las poblaciones.

Se ha propuesto que factores dependientes e independientes de la densidad influyan en los cambios poblacionales.

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores Denso-independientes y factores denso-dependientes Regulación por factores denso-dependiente. Estos factores afectan al crecimiento poblacional según la densidad o número de individuos de una población por unidad de espacio (Volumen, superficie). Estos factores son en general: - Mortalidad - Reclutamiento - Migración - Enfermedades - Depredadores Estos factores restringen el potencial reproductivo de las mismas. (Nicholson 1933, Smith 1935, Solomon 1958, en Lima, 1995). Los factores denso-dependiente limitan el tamaño poblacional al altas densidades, y a bajas densidades puede producirse el efecto Allee.

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores Denso-independientes y factores denso-dependientes Regulación por factores denso-dependientes A medida que el tamaño de la población aumenta y los recursos presentes tienen que ser repartidos entre un número cada vez mayor de individuos, aparecen nuevos problemas: Mayor gasto energético en la búsqueda de alimentos, dificultad para hallar lugares nidificación o refugio, etc. Individuos mal alimentados podrán tener problemas de fertilidad y/o viabilidad de las crías, con aumento de mortalidad en edades prereproductivas. El hacinamiento puede generar cambios etológicos (mayor agresividad y/o competencia intraespecífica, disminución de la actividad sexual, emigraciones en masa). Cuando aumenta la densidad poblacional, disminuye la tasa de nacimientos y tiende a incrementar la tasa de mortalidad.

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores denso-dependientes y factores denso-independientes MODELO DE CRECIMIENTO POBLACIONAL DENSO-DEPENDIENTE: Por lo general, los individuos de una población pueden crecer explosivamente cuando los recursos son inicialmente abundantes y el tamaño de la población reducido, pero tienden a crecer más lentamente a medida que la población crece en tamaño y los nutrientes comienzan a escasear. Los modelos que se aplican bajo estas condiciones son los modelos de crecimiento denso-dependientes. Tal y como se desprende de la propia definición de

denso-dependencia, las tasas de natalidad y mortalidad varían con el tamaño poblacional, o lo que es lo mismo, la Tasa intrínseca de crecimiento (r) no es constante.

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores denso-dependientes y factores denso-independientes MODELO DE CRECIMIENTO POBLACIONAL DENSO-DEPENDIENTE:

Supuestos:  La inmigración y emigración se equilibran, de forma que las dinámicas poblacionales exclusivamente dependen de las tasas de natalidad y mortalidad.  Todos los individuos son idénticos.  Recursos limitados y competencia intraespecífica

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores denso-dependientes y factores denso-independientes MODELO DE CRECIMIENTO POBLACIONAL DENSO-DEPENDIENTE: El modelo denso-dependiente parte del modelo de crecimiento exponencial, al que se añade un factor de retroalimentación negativa que cause un descenso de la Tasa de crecimiento intrínseca (r), cuando aumenta el tamaño de la población (N). En este modelo una población no crecerá indefinidamente, sino que alcanzará una abundancia máxima conocida como capacidad de carga (K). A medida que la población N se aproxima a K, el crecimiento de la población dN/dt decrecerá hasta hacerse cero cuando N = K. De esta forma, los recursos se presentarán en exceso cuando N < K, y comenzarán a escasear a medida que N se aproxime a K. Por lo tanto, K – N proporciona una medida de la disponibilidad de recursos del sistema para el crecimiento de la población y (K – N ) / K la normalización de este valor con respecto a la capacidad de carga, oscilando entre cero cuando N = K y uno cuando N = 0.

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores denso-dependientes y factores denso-independientes MODELO DE CRECIMIENTO POBLACIONAL DENSO-DEPENDIENTE:

Partiendo del modelo de crecimiento denso-independiente: dN/dt= r N Incluimos el término (K-N)/K factor de retroalimentación negativa.

De la integración de la ecuación diferencial resulta

a = (K - N (t0)) / N (t0)

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores denso-dependientes y factores denso-independientes Regulación por factores denso-independiente.

La regulación ejercida por factores denso independientes producen efectos efecto sobre la población, independientemente de el número de individuos presentes. En general, se trata de factores climáticos o sucesos catastróficos.

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores denso-dependientes y factores denso-independientes MODELO DE CRECIMIENTO POBLACIONAL INDEPENDIENTE DE LA DENSIDAD Es un modelo más sencillo donde por definición el crecimiento per cápita es independiente de la densidad de la población. Por lo tanto, un individuo no interfiere con la reproducción, desarrollo o supervivencia de otro individuo de la misma especie. Por ejemplo, una población natural que sufre una reducción catastrófica en su densidad podría experimentar un periodo de crecimiento independiente de su densidad donde los recursos fueran ilimitados.

Este modelo es el conceptualmente más sencillo, por lo que nos permite trazar un punto de partida básico para el estudio de dinámicas ecológicas, a las que en modelos posteriores iremos añadiendo niveles de complejidad a la vez que introducimos componentes que añadan realismo ecológico a las dinámicas de las poblaciones.

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores denso-dependientes y factores denso-independientes MODELO DE CRECIMIENTO POBLACIONAL INDEPENDIENTE DE LA DENSIDAD

Supuestos para el modelo:  La inmigración y emigración se equilibran, quedando natalidad y mortalidad exclusivamente determinadas por el tamaño poblacional.  Todos los individuos tienen la misma probabilidad de morir o reproducirse.  La reproducción es asexual. Se evita de esta forma la complicación añadida de la reproducción sexual.  Los recursos son ilimitados; los únicos factores que afectan al tamaño poblacional vienen dados por las tasas intrínsecas de natalidad y mortalidad (“supuesto paraíso”).  La expresión matemática del modelo de crecimiento denso-independiente es una función exponencial. El tamaño de la población varía de forma exponencial con el tiempo, mostrando pequeños incrementos discretos o a través de un crecimiento continuo (crecimiento exponencial continuo).

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores denso-dependientes y factores denso-independientes MODELO DE CRECIMIENTO POBLACIONAL INDEPENDIENTE DE LA DENSIDAD:

Parámetros N (t) = tamaño poblacional, función continua del tiempo, t b = tasa de natalidad instantánea por individuo d = tasa de mortalidad instantánea por individuo r = tasa intrínseca de incremento dN/dt= ( b – d ) N dN/Ndt = r

Cambio del tamaño poblacional

dN/dt= r N

La suma de todas las tasas intrínsecas permite la obtención de la ecuación para el tamaño de la población y su predicción en función del tiempo

N (t) = N (t0) e r t

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores denso-dependientes y factores denso-independientes

Factores densodependientes

SIMULACIÓN DE MODELOS DE CRECIMIENTO POBLACIONAL Utilización de programa POPULUS 5.4 Populus 5.4 Es un programa de simulación para modelos en Ecología. Permite visualizar las dinámicas de los modelos que por ejemplo acabamos de ver. Ofrece una herramienta inmejorable para que los alumnos, de forma intuitiva, consigan relacionar la formulación abstracta de los modelos con el valor de sus parámetros y su resultado gráfico. Algunos modelos:  Crecimiento poblacional. Modelos de crecimiento deso dependiente e independiente.  Interacciones interespecíficas,  demográficos  genéticos  Coevolución.

REGULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL: Factores denso-dependientes y factores denso-independientes Actividades 1- utilizando el programa Populus 5.4 realice el modelo del crecimiento denso independiente de una población, cuyos datos son: Tipo de modelo: continuo; tasa intrínseca de crecimiento: 0,4; Tamaño inicial de la población: 2, Tiempo: 20. 2- Compare una población diferente en la cual todos los parametro son iguales, excepto por la r=0,3. 3- Obtenga la gráfica del crecimiento de una población denso-dependiente cuyos parámetros son: N (0) = 8, K = 300, r = 0.2 y t = 30 4- Compare la grafica anterior con otra población cuyos parámetros son: N (0) = 8, K = 200, r = 0.3 y t = 30