Ecología de poblaciones

Demografía de poblaciones

Cada población tiene una demografía característica - Son cifras estadísticas que describen tamaño,

densidad, distribución y estructura de edades de la población

- Estas características son determinadas por factores ecológicos y pueden variar con el tiempo

Tamaño de población- Número de individuos que integran una población

Demografía de poblaciones

Estructura de edades: es el número de individuos en cada una de varias categorías de edad- Algunas veces agrupados como pre-

reproductivos, reproductivos y pos-reproductivos

Los grupos pre-reproductivos y reproductivos conforman la base reproductiva de la población

Demografía de poblaciones

Densidad de población: número de individuos en una parte específica del hábitat- responde a cuántos individuos están en un área,

no a cómo están dispersos

Distribución de la población: patrón en el que los individuos están dispersos en su hábitat- agregado, casi uniforme o aleatorio

Tres patrones de distribución de poblaciones

agregado

aleatorio

casi uniforme

Conteo de animales

Los ecólogos usan métodos de captura-recaptura para calcular tamaños de poblaciones de animales que se desplazan - Se marcan animales y se liberan; la proporción

recapturada representa un porcentaje de la población

Conteo de organismos fijos en un sustrato

Para calcular el tamaño poblacional de organismos que no se desplazan, un área puede dividirse en cuadrantes o parcelas iguales y se cuentan los organismos de una muestra aleatoria

Tamaño de población y crecimiento exponencial

Las poblaciones son unidades dinámicas, que continuamente reciben y pierden individuos- El tamaño aumenta por nacimientos e inmigración

(llegada de individuos de otras poblaciones)

- El tamaño disminuye por mortalidad y emigración (individuos que se mudan a otra región)

Migración de especies silvestres- Un viaje recurrente de ida y vuelta entre regiones, que

generalmente es una respuesta a factores ambientales

- Puede ocurrir diaria o estacionalmente

- Cambios en el tamaño de la población migratoria se equilibran con el tiempo

Cambios de tamaño de poblaciones

Tasa de crecimiento per cápita, r- Medida de la tasa de crecimiento de una población

Tasa de crecimiento per cápita (r) = tasa de nacimiento per cápita (n) – tasa de mortalidad per cápita (m)

Cuando r es constante y mayor que cero, se mantendrá el crecimiento exponencial de la población

Crecimiento poblacional cero- El número de nacimientos es igual al número de

muertes

- El tamaño de la población permanece constante

Crecimiento poblacional (C)

Se calcula para un intervalo de tiempo dado al multiplicar la tasa de crecimiento per cápita (r) por el número de individuos (N)

C = r . N

Crecimiento exponencial

- El tamaño poblacional aumenta en la misma proporción en cada intervalo de tiempo sucesivo cuando r permanece constante y mayor que cero

- Aunque r es constante, la población crece más y más rápido, con un tiempo de duplicación característico

- El gráfico del tamaño de población versus tiempo es una curva en forma de jota

Crecimiento exponencial de ratones

Tamaño inicial de población

Aumento mensual neto

Nuevo tamaño poblacional

C =

Tiempo (meses)

No. deindividuos

(N)

Aumento mensual neto en una población hipotética de ratones cuando la tasa de crecimiento per cápita (r) es 0,4 ratón por mes y la población inicial es 2000

Gráfico de los datos de A, con una curva exponencial en forma de jota

Crecimiento exponencial en bacterias

El tamaño de r afecta la rapidez del crecimiento exponencial. Así, C = r.N se reduce si la mortalidad hace que disminuya el valor de r

curva 1 curva 2

Tiempo (horas)

No.deindividuos

Efectos de la mortalidad sobre la tasa de crecimiento de dos poblaciones hipotéticas de bacterias.Curva 1: Células bacterianas que se reproducen cada media hora. Curva 2: Células bacterianas que se dividen cada media hora, pero con 25% de mortalidad. La tasa de crecimiento poblacional disminuye por mortalidad; sin embargo, si la tasa de división celular es constante y mayor que la de mortalidad, el crecimiento exponencial continuará.

Potencial biótico

Tasa de crecimiento per cápita máxima posible para una especie que vive en condiciones óptimas

Todas las especies tienen un potencial biótico característico- Bacterias: 100% cada media hora

- Humanos: 2% a 5% por año

Límites del crecimiento poblacional

En la naturaleza las poblaciones casi nunca crecen indefinidamente

La competencia y la sobrepoblación pueden reducir o detener el crecimiento

Factor limitante- Muchos factores pueden limitar el crecimiento de una

población: alimento, iones minerales, refugio, sitios seguros de anidación

- El primer recurso esencial que se agota es el factor limitante

Capacidad de carga

Máximo número de individuos de una población que un ambiente puede soportar indefinidamente

El suministro sostenible de recursos en un ambiente limita el tamaño poblacional

Crecimiento logístico- Una población pequeña empieza a crecer lentamente;

después crece más rápidamente y su tamaño se nivela cuando alcanza la capacidad de carga

- Los gráficos del crecimiento logístico son curvas en forma de S

Cuando un cambio ambiental reduce la capacidad de carga, el tamaño de la población se reduce

Ecuación del crecimiento logístico

Crecimiento de población por unidad de tiempo =

máxima tasa de crecimiento per cápita x número de individuos x proporción de recursos no utilizados

Crecimiento logístico

Cambio en el patrón de crecimiento con el tiempo

Tiempo

No.deindividuos

capacidad de carga inicial

nueva capacidad de carga

Crecimiento poblacional sin controles

Una población de renos introducidos en la isla Saint Matthew (Alaska) creció indefinidamente, sin depredadores, has-ta agotar los recursos de la isla; los últimos renos murieron de hambre

Tiempo (años de conteo de renos)

No.deindi-vi-duos

capacidad de carga

Número inicial = 29

Dos categorías de factores limitantes

Factores dependientes de densidad: relacionados con sobrepoblación y competencia; por ej. enfermedades - controlan el tamaño de población mediante

retroalimentación negativa; resultan patrones de crecimiento logístico. Por ej., hacinamiento de ratas (alta densidad) – aparecen enfermedades que reducen la alta densidad y la sobrepoblación

Factores independientes de densidad: incendios, tormentas de nieve, terremotos y otros desastres naturales no están relacionados con la sobrepobla-ción; no resulta un patrón de crecimiento logístico

Patrones de historia natural

Cada especie tiene un patrón propio de historia natural (“historia de vida”)- Duración de la vida, edad de madurez y número de crías

varían mucho entre organismos

- Individuos con diferentes etapas de desarrollo requieren de recursos diferentes

- La selección natural influye en los rasgos de la historia natural

Cada especie tiene un período de vida característico; sólo algunos individuos viven hasta el máximo posible de edad. La muerte es más probable en ciertos períodos. Los individuos tienen un lapso de tiempo para reproducirse; después de éste la muerte puede ocurrir en cualquier momento

Cohortes y tablas de vida Cohorte

- Grupo de individuos nacidos en el mismo intervalo de tiempo

- Cuantificar una cohorte desde el nacimiento hasta la muerte del último individuo revela patrones de reproducción, muerte, migración, etc.

Los datos de las cohortes se resumen en tablas de vida- Ayudan a determinar cómo el uso de recursos o los

cambios ambientales pueden afectar las cifras de una población

- Las compañías de seguros usan tablas de vida de poblaciones humanas (a mayor longevidad, mayor ganancia)

Tabla de vida para la cohorte de una especie de plantas anuales: Phlox drummondii (W.J. Leverich & D.A. Levin 1979)

Intervalo de edad (días)

Supervivencia (No. de sobrevi-vientes al inicio del intervalo)

Número de muer-tes du-rante el intervalo

Tasa de mortalidad (No. de muertes / No. de sobrevivientes

Tasa de naci-mientos durante el intervalo (No. de semillas de cada planta)

Esperanza de vida: Número de años de vida restantes al inicio de un intervalo. Disminuye con la edad y en humanos depende fuertemente del nivel de vida, del estado general de salud y de la calidad de la atención médica. En Costa Rica la esperanza de vida al nacer es similar a la de los países más desarrollados y se acerca a 80 años. En general, la esperanza de vida de las mujeres es mayor que la de los hombres.

Datos del registro de mortalidad y del censo de población:

Intervalo de edad Muertes Población

0-1 65.532 3.205.108*

1-4 11.271 13.084.650

5-9 5.366 16.533.114

10-14 6.294 17.406.984

15-19 19.255 17.847.032

20-24 26.620 16.500.057

25-29 25.404 14.534.868

30-34 28.162 13.533.472

35-39 33.578 12.953.294

40-44 39.855 10.942.252

45-49 45.880 9.106.099

50-54 52.276 7.139.958

55-59 58.078 5.425.966

60-64 72.044 4.553.017

65-69 81.641 3.365.780

70-74 93.339 2.588.020

75-79 90.927 1.602.984

80-84 80.847 857.170

85+ 103.085 460.928

Ejemplo de datos necesarios para completar una tabla de vida. Brasil, 2000

Gráfico a partir de una tabla de vida

Cálculo de la tasa de mortalidad por edad (nMx) y de la probabilidad de muerte entre las edades x y x+n (nqx). La probabilidad de muerte se calcula a partir de las tasas de mortalidad específicas por intervalo de edad. Debe interpretarse como la probabilidad de fallecer entre ambas edades para el sujeto que haya sobrevivido hasta la edad x. Para el último grupo de edad de la tabla (en este caso: “85+”), la muerte es inevitable y, por tanto, la probabilidad de morir es 1. Para los otros grupos de edad el cálculo es más complejo. Brasil, 2000 (escala logarítmica). PAHO / OMS

Curva de supervivencia

- Gráfico de supervivencia específica por edad de una cohorte en su hábitat

- Revela diferencias de supervivencia por edad entre especies o poblaciones de la misma especie

- Cada especie tiene una curva de supervivencia característica

- Existen tres tipos de curvas de supervivencia

Curva se supervivencia tipo 1

Supervivencia alta, excepto al final de la vida

edad

No. de sobre-vivien-tes

(escala log)

población tipo 1

Curva de supervivencia tipo 2

La tasa de mortalidad varía poco con la edad

población tipo 2

Curva de supervivencia tipo 3

La tasa de mortalidad es elevada al inicio del ciclo (larvas de erizos de mar son delicadas y vulnerables)

población tipo 3

Estrategias reproductivas

Ambientes diferentes y densidades de población diferentes pueden favorecer estrategias reproductivas diversas

La selección r favorece rasgos que aumentan al máximo el número de descendientes (cada cría cuesta relativamente poco)

La selección K favorece rasgos que mejoran la calidad de los descendientes, en lugar de aumentar su número (cada cría cuesta relativamente mucho)

Depredación e historia natural

La depredación puede servir como presión selectiva que moldea los patrones de historia natural

Los depredadores son agentes de selección natural. Por ej. en olominas- Los peces cíclidos de ríos comen sólo olominas

grandes

En la isla Trinidad se demostró que las olominas que viven en ríos con cíclidos crecen más rápido, se reproducen antes, son más pequeñas al madurar, tienen más descendientes en cada ciclo reproductivo y se reproducen con mayor frecuencia.Los rasgos pueden cambiar rápidamente si en el hábitat

aparecen depredadores o éstos cambian

Crecimiento de poblaciones humanasEl tamaño de las poblaciones humanas ha alcanzado el nivel más

alto y sigue creciendo. ¿Hasta cuándo?

La especie humana ha superado temporalmente la resistencia ambiental al crecimiento mediante expansión hacia nuevos hábitats y complejidad cultural y tecnológica: gran capacidad para modificar el ambiente, producir más (aumento de la capacidad de carga), buscar y usar nuevas fuentes de alimento y energía, curar enfermedades (menor tasa de mortalidad)

En el futuro cercano, ciertos controles dependientes de la densidad reducirán el crecimiento de las poblaciones humanas: aumento de aridez y desertización en ciertas regiones, menor extensión de tierras para cultivo, reducción de la producción agrícola, hacinamiento en ciudades cada vez más grandes, enfermedades, contaminación, guerras

Cambio en las tasas de fertilidadTasa de fertilidad total

- Número promedio de hijos de las mujeres de una población nacidos durante sus años reproductivos

Esta tasa ha estado reduciéndose en casi todo el mundo (1950: 6,5; 2006: 2,7), pero todavía permanece por encima del nivel de reemplazo (2,1): promedio de hijos por pareja para mantener la población constante

Más de un tercio de la población mundial es una gran base piramidal pre-reproductiva

Aunque la tasa de fertilidad en el mundo baje al nivel de reemplazo, la población seguirá creciendo

Diagramas de estructuras de edades (1997)

hombres mujeres

EE. UU. India

Méjico China

Canadá Australia

Años pre-reproductivos

Años reproductivos

Años pos-reproductivos

millones de personas

Crecimiento y consumo de recursos

El crecimiento poblacional y el consumo de recursos están correlacionados con los niveles de desarrollo económico - Los países más desarrollados tienen las tasas más

bajas de crecimiento poblacional, pero el mayor consumo de recursos

Las mayores tasas de crecimiento poblacional generalmente se observan en países en proceso de industrialización- Cuantos más países sean industrializados, mayor será

la presión sobre los recursos del planeta

Consumo de agua como ejemplo

El uso de agua aumenta en el mundo.United Nations Environment Programme (UNEP) / Welthungerhilfe – www.netzeitung.de

En los pasados 100 años se multiplicó 10 veces el uso de agua en el mundo. Eso significa que creció más rápido la necesidad de agua que la población. Datos de una fundación humanista (Welthungerhilfe): dos tercios del agua del mundo se usan para la agricultura, sobre todo en Asia y África. La industria usa ca. 20% (la fabricación de un solo automóvil consume hasta 20 000 litros de agua). En los hogares se gasta el 10% del agua. En países desarrollados la mayor parte del agua potable se usa en servicios sanitarios. En regiones secas de África se consumen 20 litros diarios per cápita, en India 25, mientras en EE. UU. y Japón el consumo llega a 300 litros por día. Según la Organización Mundial de la Salud, diariamente se necesitan al menos 25 litros de agua para beber, cocinar y para usos higiénicos.

agricultura

industria

hogar

Sobre todo para la producción de alimentos se usa cada vez más agua