Metapoblaciones

Bert Rivera Marchand, Ph.D.Ecología de Poblaciones

Universidad Interamericana de Puerto RicoRecinto de Bayamón

Poblaciones están sujetas a procesos demográficos:

1) Nacimientos2) Inmigración3) Muerte4) Emigración

Las poblaciones pueden estar distribuidas en parches por variaciones en recursos, gradientes físicos u otras características biológicas.En los parches de un paisaje puede ocurrir:• Colonización reciente (aumento poblacional)• Extinción local• Parches desocupados

“SLOSS”

Distribución natural de diferentes especies de bosques en los Great Smoky Mountains.

Disturbio y heterogeneidad

Estructura de Metapoblaciones

Levins (1969) introdujo el concepto de metapoblaciones para describir la dinámica de parches como UNA población de subpoblaciones fragmentadas ocupando un paisaje fragmentado por hábitat inadecuado.

• “Un sistema de poblaciones que está unido por dispersión ocacional” (Levins 1969).

Levins, R. 1969. Bull. Ent. Soc. Am. 15:237-240.

Areas sombreadas tienen exceso de individuos que migran a los otros parches.

Levins y otros…• Levins 1969, Gilpin & Hanski 1991, Hanski & Gilpin

1997• “cualquier ensamblaje de poblaciones locales

discretas con migración entre ellos” (Hanski and Gilpin 1997, p2)

• Poblaciones que están espacialmente estructuradas en ensamblajes de poblaciones localmente reproductivas con migración entre ellas que afecta la dinámica poblacional local incluyendo la posibilidad de restablecimiento luego de extinción (Hanski and Simberloff 1997, p 6).

Biogeografía de Islas

MacArthur & Wilson (1963, 1967)

• La cantidad de especies en una isla es determinada por el área de la isla.

S = CAz

log S = log C + z log A» S= cantidad de especies

» A=área de la isla

» C= constante según la especie (“intercepto en y”)

» Z= pendiente (constante) suele ser 0.25 aunque en especies que habitan en cuevas tiende a 0.75

Reptiles en el Caribe

Relación Estándar

De MacArthur & Wilson a Levins

• En el modelo de islas la población insular no debe extinguirse ya que recibe constantemente individuos del continente.

• Esto no es necesariamente así en el modelo de metapoblaciones de Levins.

• En el modelo Levins solo hay parches aislados sin una fuente del continente. – La metapoblación va persistir por el balance en la tasa de

colonización y extinción en los parches.

– Del total de parches disponibles en la región la cantidad de parches ocupados por una especie es dado por P.

0 P 1.

Supuestos1) Parches deben ser áreas de hábitat discretos de igual calidad (homogéneas)

2) No existe una solo población que sea suficientemente grande para asegurar la supervivencia a la largo plazo.

3) Parches deben ser aislados pero no al nivel que prevenga recolonización.

4) Dinámica poblacional local debe ser suficientemente asincrónica que extinción simultánea de todas las poblaciones locales es poco probable.

P: el modelo de Levins

dP/dt = I - E I= Inmigración

E= Extinción

• Inmigración– Determinada por la tasa característica c por el número de

lugares que puede proveer inmigrantes (P) pero que solo pueden llegar a lugares sin ocupar (1-P).

• Extinción– Determinada por la tasa característica y el número de lugares

ocupados en donde puede ocurrir extinción (P).

dP/dt = cP(1-P) - P

Equilibrio de Parches

dP/dt =00 = cP(1-P) - P

P= cP(1-P)= c(1-P)P=1- /c

P= cantidad de parches ocupados por una especie

Predicciones

• Metapoblaciones persisten si e/c<1• P aumenta con el aumento del área de

parches (porque disminuye extinción)• P aumenta con la disminución de la distancia

entre parches (debido al aumento en colonización)

Con Estocastidad

3ˆtion Metapopula Viable Minimum HP

Tm = tiempo esperado de extinción de la metapoblaciónTL = tiempo esperado de extinción localP = fracción de parches ocupados en estado continuo de

estocacidad H = número de parches apropiados

P

PH

Lm eTTˆ12

ˆ 2

(Nisbet and Gurney 1982, Hanski 1997)

El criterio para persistencia a largo plazo: Tm>100TL

• Persistencia de algunas poblaciones locales (sumideros) dependen de la migración de lagunas poblaciones cercanas (fuentes).

• Parches vacíos son susceptibles a colonización.

Fuente-Sumidero*

Fuentes: Tasa de crecimiento poblacional >1Sumideros: Tasa de crecimiento poblacional<1

*EFECTO RESCATE

Otros Modelos

• Espacialmente Explicito: presume que poblaciones interactúan solo con poblaciones locales cercanas, por ende migración es dependiente a la distancia

• Espacialmente Realista: toma en cuenta en la variación en el tamaño de parches, el número total de parches y su arreglo espacial.

• ¿Por qué existen?– El modelo de Levins tiene supuestos que tienden ser muy

simplistas:1. No toma en cuenta cambios en tamaños en hábitat de los parches2. Grado de aislamiento se presume como constante3. Tasa de inmigración es constante

Modelos de metapoblación espacialmente realistas

• Ecología de metapoblaciones y enlaces con la ecología del paisaje

lM = capacidad de la metapoblación del paisaje fragmentado o,

el número de parches ocupados

La metapoblación en equilibrio (p*):

Pl* = 1 – e/(clM)

Modelos de metapoblación espacialmente realistas

Para identificar las condiciones para la persistencia de la

metapoblación: lM > e/c

Se requiere saber:

1) La escala de la conectividad dada por el rango de dispersión de la especie.

2) La distribución espacial de los parches de hábitat.

Ejemplo: Hanski et al. mariposa Glanville fritillary con censos por más de 10 años en las praderas de las islas Aland.

>4000 parches adecuados: en 2005 ~700 ocupados

Parches ocupados con pérdida de hábitat y fragmantación

Parches ocupados predecidos con 50% de aumento en pérdida de hábitat

Análisis de Viabilidad Poblacional (PVA): Utiliza datos demograficos para entender la relación entre la futura superviviencia de poblaciones pequeñas o amenazadas.

Eventos de asociación que afectan la supervivencia en poblaciones pequeñas:

1) catástrofes: incendios, inundaciones, terremotos2) factores genéticos : deriva, eventos de fundador, endogamia 3) incertidumbre ambiental 4) estocasidad demográfica Los modelos de PVA suelen ser específicos para especies

Análisis de Viabilidad Poblacional (PVA):

Aplicaciones de PVA

1. Riesgo de extinción es la aplicación principal: predecir la probabilidad de disminución de la población en un periodo de tiempo dado

2. ¿Cuánta tierra y en qué configuración, es necesario para protegerse contra el riesgo de extinción?

3. ¿Qué etapas de vida o procesos demográficos están necesitadas de manejo?

4. ¿Cuántos individuos se necesitan para establecer una población viable en programas de reintroducción?

5. ¿Cuántos individuos pueden recolectarse sin afectar la persistencia?

6. Orientar las prioridades de investigación futura

Población Mínima Viable (MVP)

MVP = tamaño de la población por debajo del cual se aumenta la probabilidad de extinción, o el número mínimo de las poblaciones locales interactuando necesarias para la persistencia a largo plazo de una metapoblaciónFactores que afectan MVP1. Incertidumbre demográfica

– Tasa sexual sesgada– Estructura de edad sesgada

2. Incertidumbre ambiental – Fluctuaciones en recursos, variaciones temporales, densidad de enmigos

esource fluctuations, seasonal variation, densities of enemies3. Catástrofes naturales4. Endogamia

Endémico al sureste de USA en bosques desciduos maduros

• Anida en pinos vivos >80 años (espacio necesario para la cavidad del nido)

• Amenazas Pérdid de hábitat

En Peligro de Extinción: Poblaciones pequeñas, fragmentadas y aisladas

Ejemplo: Carpintero “Red cockaded”

1) ¿Concuerda la distribución actual con persistencia regional a largo plazo?

2) ¿Qué cambios en el manejo promovería esto?

Maguire et al. (1995) PVA en Georgia Piedmont • Datos de individios marcados de 1983-1988• Cinco grupos de edads con historias de vida

diferentes1. Datos de individuos marcados: Tiempo medio para extinción era 58 años pero altamente variable y afectado por estoicasidad demográfica que podría dismiuirlo a 40 años

2. Al incluir datos de individuos sin marcar la probalidad de extincióen 100 años es 0

Serie de áreas protegidas que se enlazan a boreales poblaciones de varias especies de carnívoros con poblaciones pequeñas y aisladas más en los márgenes de la zona sur.Esfuerzos de conservación se han centrado en mantener la conectividad del paisaje en esta región.

Carroll, et al. 2003. Ecological Applications 13:1773−1789.

Carnívoros en las Montañas Rocosas