Ecología de poblaciones
Oropéndola de Montezuma (Psarocolius montezuma)
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: 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
Un marsupial (la zarigüeya) cargando a sus crías
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
Palmeras agrupadas en un bosque nuboso neotropical
Tres patrones de distribución de poblaciones
agregado
aleatorio
casi uniforme
Cada araña ocupa su propio territorio, en el que habita y acecha a las presas.
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
¿Qué se cuenta y cómo se cuenta? Esto varía con cada especie
http://www.nuestracosta.com.uy/costas
Tamaño de población y crecimiento exponencial
Las poblaciones son unidades dinámicas, que continuamente ganan 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,
generalmente como respuesta a factores ambientales
- Puede ocurrir diaria o estacionalmente
- Cambios en el tamaño de la población
migratoria se equilibran con el tiempoHalcón peregrino (Falco peregrinus), un falcónido migratorio
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¿Puede ocurrir un crecimiento poblacional negativo? Sí, cuando No. de
muertes es mayor que No. de nacimientos en un período.
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 sea 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 cargaMáximo número de individuos de una población que un
ambiente puede soportar indefinidamente
El grado de suministro de recursos en un ambiente afecta el tamaño poblacional. Por ej., la escasez prolongada de alimento puede reducir el tamaño de una población hasta extremos de canibalismo o extinción local o total
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 global de la población humana
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
realimentación 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. Estos factores y otros anulan el patrón de crecimiento logístico
Patrones de historia naturalCada 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. Ej.: larva y mariposa adulta
- 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
Chimpancé viejo
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. La esperanza de vida al nacer en los países más desarrollados 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). Ej., insectos
La selección K favorece rasgos que mejoran la calidad de los descendientes, en lugar de aumentar su número (cada cría cuesta relativamente mucho). Ej., elefantes
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 e ignoran a las más pequeñas
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
Miles de millones de metros cúbicos
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