La ecología de poblaciones es la subdivisión de la ecología que se ocupa de la dinámica de las poblaciones de especies y cómo estas poblaciones interactúan con el medio ambiente. Es el estudio de cómo el tamaño de las poblaciones de especies cambia con el tiempo y el espacio. El término a menudo se usa indistintamente con biología de poblaciones o dinámica de poblaciones. También describe a menudo los tipos de lucha por la existencia. Debido a la selección natural, el número de individuos que se adaptan al máximo aumenta.
En biología, una población es el grado de distribución de una especie en particular o un cierto número de sus representantes que viven en un área.
Historia
¿Cómo empezó todo? El desarrollo de la ecología de poblaciones está relacionado en gran medida con la demografía y las tablas de vida actuales. Esta sección es muy importante en las condiciones ambientales actuales.
La ecología de poblaciones es importante en la biología de la conservación, especialmente cuandodesarrollar un análisis de viabilidad de la población (PVA) que prediga la probabilidad a largo plazo de que una especie permanezca en un hábitat determinado. Aunque esta ecología es una subespecie de la biología, presenta problemas interesantes para los matemáticos y estadísticos que trabajan en el campo de la dinámica de poblaciones. En biología, la población es uno de los términos centrales.
Modelos
Como cualquier ciencia, la ecología utiliza modelos. Los modelos simplificados de cambio de población generalmente comienzan con cuatro variables clave (cuatro procesos demográficos), que incluyen muerte, nacimiento, inmigración y emigración. Los modelos matemáticos utilizados para calcular los cambios en la situación demográfica y la evolución de la población asumen la ausencia de influencia externa. Los modelos pueden ser más complejos matemáticamente cuando "… varias hipótesis en competencia chocan con los datos al mismo tiempo".
Cualquier modelo de desarrollo de población puede usarse para derivar matemáticamente ciertas propiedades de poblaciones geométricas. Una población con un tamaño que aumenta geométricamente es una población en la que las generaciones reproductoras no se superponen. En cada generación, hay un tamaño efectivo de población (y territorio), denominado Ne, que es el número de individuos de la población que pueden y se reproducirán en cualquier generación reproductiva. Lo que causa preocupación.
Teoría de la selección r/K
Un concepto importante en ecología de poblaciones es la teoría de selección r/K. La primera variable es r (tasa interna de crecimiento natur altamaño de la población, no depende de la densidad), y la segunda variable es K (capacidad de carga de la población, depende de la densidad). Las relaciones intraespecíficas juegan un cierto papel en esto.
Las especies seleccionadas por
R (por ejemplo, muchas especies de insectos como los áfidos) tienen altas tasas de fecundidad, poca inversión de los padres en los juveniles y altas tasas de mortalidad antes de que los individuos alcancen la madurez. La evolución promueve la productividad en especies seleccionadas por r. Por el contrario, las especies seleccionadas por K (como los humanos) tienen bajas tasas de fertilidad, altos niveles de inversión parental a una edad temprana y bajas tasas de mortalidad a medida que los individuos maduran.
La evolución de las especies seleccionadas por K promueve la eficiencia al convertir más recursos en menos descendencia. Como resultado de relaciones improductivas entre especies, estos descendientes pueden extinguirse y convertirse en los últimos representantes de su población.
Historia de la teoría
La terminología de selección r/K fue acuñada por los ecologistas Robert MacArthur y E. O. Wilson en 1967 basándose en su trabajo sobre la biogeografía insular. Esta teoría permite identificar las causas de las fluctuaciones demográficas.
La teoría fue popular en las décadas de 1970 y 1980 cuando se usó como un dispositivo heurístico, pero cayó en desgracia a principios de la década de 1990 cuando fue criticada por varios estudios empíricos. El paradigma de la historia de vida ha reemplazado al paradigma de selección r/K, pero continúa incluyendo muchos de sus temas importantes. El deseo de reproducción es el principalmotor de la evolución, por lo que esta teoría es sumamente útil para su estudio.
Por lo tanto, las especies seleccionadas por r son aquellas que enfatizan altas tasas de crecimiento, tienden a explotar nichos ecológicos menos concurridos y producen muchos descendientes, cada uno de los cuales tiene una probabilidad relativamente baja de sobrevivir hasta la edad adulta (es decir, r alto, bajo K). Una especie típica de r es el diente de león (género Taraxacum).
En entornos inestables o impredecibles, la selección r prevalece debido a la capacidad de multiplicarse rápidamente. Hay poca ventaja en las adaptaciones que le permiten competir con éxito con otros organismos porque es probable que el entorno cambie nuevamente. Los rasgos que se cree que caracterizan la selección r incluyen: alta fecundidad, tamaño corporal pequeño, inicio temprano de la madurez, tiempo de generación corto y la capacidad de dispersar ampliamente la descendencia.
Los organismos cuya historia de vida se somete a la selección r a menudo se denominan estrategas r. Los organismos que exhiben rasgos seleccionados por r pueden variar desde bacterias y diatomeas hasta insectos y pastos, así como varios cefalópodos de siete lóbulos y pequeños mamíferos, especialmente roedores. La teoría diferencial K tiene una conexión indirecta con la selección natural de los animales.
Selección de especies
Las especies seleccionadas por
K exhiben rasgos asociados con vivir en densidades cercanas a la capacidad de carga y tienden a ser fuertes competidores en nichos abarrotados que invierten más en menosel número de descendientes. Cada uno de los cuales tiene una probabilidad relativamente alta de sobrevivir hasta la edad adulta (es decir, r baja, k alta). En la literatura científica, las especies seleccionadas por r a veces se denominan "oportunistas", mientras que las especies seleccionadas por K se describen como "de equilibrio".
En condiciones estables o predecibles, prevalece la selección K, ya que la capacidad de competir con éxito por recursos limitados es fundamental, y las poblaciones de organismos seleccionados por K suelen ser muy constantes en número y cercanas al máximo que el entorno puede apoyo. En contraste con r-seleccionado, donde el tamaño de la población puede cambiar mucho más rápido. Los números bajos conducen al incesto, que es una de las causas de las mutaciones.
Características
Los rasgos que se consideran característicos de la selección K incluyen un gran tamaño corporal, una larga vida útil y la producción de menos crías, que a menudo requieren un cuidadoso cuidado de los padres hasta que maduren. Los organismos cuya historia de vida es K-seleccionada a menudo se denominan K-estrategas o K-seleccionados. Los organismos con rasgos seleccionados por K incluyen organismos grandes como elefantes, humanos y ballenas, así como organismos más pequeños y de vida más larga como golondrinas de mar árticas, loros y águilas. El aumento de la población es una de las luchas por la existencia.
Clasificación de organismos
Aunque algunos organismos se identifican principalmente como estrategas r o K, la mayoría de los organismos no siguen este patrón. Por ejemplo, los árboles tienen características tales comolongevidad y alta competitividad que los caracterizan como K-strategists. Sin embargo, cuando se reproducen, los árboles suelen producir miles de descendientes y los dispersan ampliamente, lo cual es típico de los estrategas r.
Del mismo modo, los reptiles como las tortugas marinas tienen características tanto r como k: aunque las tortugas marinas son organismos grandes con una vida útil larga (siempre que lleguen a la edad adulta), producen una gran cantidad de crías que pasan desapercibidas.
Otras expresiones
La dicotomía r/K se puede volver a expresar como un espectro continuo usando el concepto económico de rendimientos futuros descontados con la opción r correspondiente a tasas de descuento grandes y la opción K correspondiente a tasas de descuento pequeñas.
En áreas con graves perturbaciones ambientales o esterilización (por ejemplo, después de una gran erupción volcánica, como Krakatoa o Mount St. Helens), los estrategas r y K desempeñan diferentes roles en la secuencia ecológica que restaura el ecosistema. Debido a sus tasas reproductivas más altas y al oportunismo ecológico, los colonizadores primarios tienden a ser estrategas y son seguidos por una serie de creciente competencia entre la vida vegetal y animal. La capacidad del medio ambiente para aumentar el contenido de energía a través de la captura fotosintética de la energía solar aumenta con el aumento de la biodiversidad compleja a medida que las especies r proliferan al máximo posible conusando estrategias K.
Nuevo equilibrio
Eventualmente, surge un nuevo equilibrio (a veces llamado comunidad culminante) a medida que los estrategas r son reemplazados gradualmente por estrategas K que son más competitivos y se adaptan mejor a los cambios emergentes en el paisaje microecológico. Tradicionalmente, se consideraba que la biodiversidad se maximizaba en esta etapa con la introducción de nuevas especies, lo que resultaba en el reemplazo y extinción local de especies endémicas. Sin embargo, la hipótesis de la perturbación intermedia establece que los niveles intermedios de perturbación en el paisaje crean parches en diferentes niveles de sucesión, lo que facilita la coexistencia de colonizadores y competidores a escala regional.
Aunque generalmente se aplica a nivel de especie, la teoría de la selección r/K también es útil para estudiar la evolución de las diferencias ecológicas y de vida entre las subespecies. Por ejemplo, la abeja melífera africana A. m. scutellata y la abeja italiana A. m. ligústica. En el otro extremo de la escala, también se ha utilizado para estudiar la ecología evolutiva de grupos enteros de organismos como los bacteriófagos.
Opiniones de investigación
Algunos investigadores como Lee Ellis, J. Philip Rushton y Aurelio Jose Figueredo han aplicado la teoría de selección r/K a varios comportamientos humanos, incluida la delincuencia, la promiscuidad sexual, la fertilidad y otros rasgos relacionados con la teoría de la historia de vida. El trabajo de Rushton lo llevó a desarrollar la "teoría K diferencial" para tratar de explicar las muchas diferencias en el comportamiento humano en áreas geográficas. Y esta teoría ha sido criticada por muchos otros investigadores. Este último sugirió que la evolución de las respuestas inflamatorias humanas está relacionada con la elección de r/K.
Aunque la teoría de selección r/K comenzó a usarse ampliamente en la década de 1970, también ha recibido una atención cada vez mayor. En particular, una reseña del ecologista Stephen S. Stearns llamó la atención sobre las lagunas en la teoría y las ambigüedades en la interpretación de los datos empíricos para probarla.
Más investigación
En 1981, la revisión de 1981 de Parry de la literatura sobre la selección r/K mostró que no había acuerdo entre los investigadores que usaban la teoría de definir la selección r y K, lo que lo llevó a cuestionar la suposición de una relación entre la reproducción costes.función.
Un estudio realizado por Templeton y Johnson en 1982 mostró que en una población de Drosophila mercatorum (una subespecie de la mosca) sometida a selección K, en realidad produce una mayor frecuencia de rasgos típicamente asociados con la selección r. Varios otros estudios que contradicen las predicciones de la teoría de selección r/K también se publicaron entre 1977 y 1994.
Cuando Stearns revisó el estado de una teoría en 1992, señaló que de 1977 a 1982, el servicio de búsqueda de literatura BIOSIS promedió 42 citas de teoría por año, pero de 1984 a 1989 el promedio cayó a 16 por año. y siguió cayendo. Llegó a la conclusión de que la teoría r/K alguna vez fue una heurística útil que ya no tiene un propósito en la teoría de la historia de la vida.
Más recientemente, la teoría panárquica de la adaptaciónLas habilidades y la resiliencia promovidas por S. S. Holling y Lance Gunderson han revivido el interés por la teoría y la están utilizando como una forma de integrar los sistemas sociales, la economía y la ecología.
Ecología de metapoblaciones
La ecología de metapoblaciones es un modelo simplificado del paisaje en áreas de diferentes niveles de calidad. Los migrantes que se desplazan entre sitios se estructuran en metapoblaciones como fuentes o sumideros. En terminología de metapoblación, hay emigrantes (individuos que abandonan el sitio) e inmigrantes (individuos que se mudan al sitio).
Los modelos de metapoblación examinan la dinámica del sitio a lo largo del tiempo para responder preguntas sobre la ecología espacial y demográfica. Un concepto importante en la ecología de las metapoblaciones es el efecto de rescate, en el que pequeñas zonas de menor calidad (es decir, sumideros) se mantienen gracias a una afluencia estacional de nuevos inmigrantes.
La estructura de la metapoblación evoluciona de año en año, donde algunos sitios son sumideros, como los años secos, y se convierten en manantiales cuando las condiciones son más favorables. Los ecologistas utilizan una combinación de modelos informáticos y estudios de campo para explicar la estructura de la metapoblación. La estructura de edad de una población es la presencia de representantes de ciertas edades en una población.
Autoecología
El término más antiguo autoecología (del griego: αὐτο, auto, "yo"; οίκος, oikos, "hogar" y λόγος, logos, "conocimiento"), se refiereaproximadamente en el mismo campo de estudio que la ecología de la población. Proviene de la división de la ecología en autecología, el estudio de especies individuales en relación con el medio ambiente, y sinecología, el estudio de grupos de organismos en relación con el medio ambiente, o ecología comunitaria. Odum (un biólogo estadounidense) creía que la sinecología debería dividirse en ecología de poblaciones, ecología de comunidades y ecología de ecosistemas, definiendo la autoecología como "ecología de especies".
Sin embargo, durante algún tiempo los biólogos han reconocido que el mayor nivel de organización de una especie es la población, porque en este nivel el acervo genético de la especie es más consistente. De hecho, Odum consideró la "autoecología" como una "tendencia actual" en ecología (es decir, un término arcaico), aunque incluyó la "ecología de especies" como una de las cuatro divisiones de la ecología.
La primera publicación de Population Ecology (originalmente llamada Population Ecology Research) se publicó en 1952.
También se pueden encontrar artículos de investigación sobre ecología de poblaciones en revistas de ecología animal.
Dinámica de la población
La dinámica de poblaciones es una rama de las ciencias de la vida que estudia el tamaño y la composición por edades de las poblaciones como sistemas dinámicos, y los procesos biológicos y ambientales que las impulsan (por ejemplo, las tasas de natalidad y mortalidad, y la inmigración y emigración). Ejemplos de escenarios son el envejecimiento, el crecimiento o la contracción de la población.
El crecimiento exponencial describe la reproducción no regulada. Esto es muy inusual de ver en la naturaleza. El crecimiento demográfico ha sido exponencial en los últimos 100 años.
Thomas M althus creía que el crecimiento de la población conduciría a la sobrepoblación y al hambre debido a la f alta de recursos, incluidos los alimentos. En el futuro, la gente no podrá alimentar a grandes poblaciones. El supuesto biológico del crecimiento exponencial es que la tasa de crecimiento per cápita es constante. El crecimiento no se limita a la escasez de recursos o la depredación.
La dinámica de poblaciones ha sido ampliamente utilizada en varias aplicaciones de la teoría del control. Usando la teoría de juegos evolutivos, los juegos de población se aplican ampliamente a varios contextos industriales y cotidianos. Se utilizan principalmente en sistemas de entrada múltiple, salida múltiple (MIMO), aunque se pueden adaptar para su uso en sistemas de entrada única, salida única (SISO). Algunos ejemplos de aplicación son campañas militares, distribución de recursos para distribución de agua, despacho de generadores distribuidos, experimentos de laboratorio, problemas de transporte, problemas de comunicación. Además, con una adecuada contextualización de los problemas de producción, la dinámica demográfica puede ser una solución eficaz y de fácil aplicación a los problemas de control. Se han realizado y se están realizando numerosos estudios científicos.
Superpoblación
La sobrepoblación ocurre cuando la población de una especie excede la capacidad de carga de un nicho ecológico. Este puede ser el resultadoun aumento en la tasa de natalidad (tasa de fertilidad), una disminución en la tasa de mortalidad, un aumento en la inmigración o un bioma insostenible y un agotamiento de los recursos. Además, esto significa que si hay demasiadas personas en un hábitat, las personas limitan los recursos disponibles para sobrevivir. La estructura de edad de la población no juega un papel especial.
En la naturaleza, la sobrepoblación a menudo hace que aumenten las poblaciones de depredadores. Esto tiene el efecto de controlar la población de presas y garantizar que evolucione a favor de características genéticas que la hagan menos vulnerable a los depredadores (y el depredador puede evolucionar conjuntamente).
En ausencia de depredadores, las especies están limitadas por los recursos que pueden encontrar en su entorno, pero esto no necesariamente controla la sobrepoblación. Al menos a corto plazo. Un suministro abundante de recursos puede conducir a un auge demográfico seguido de una crisis demográfica. Los roedores como los lemmings y los campañoles tienen estos ciclos de rápido crecimiento demográfico y posterior declive. Las poblaciones de liebres con raquetas de nieve también cambian drásticamente de forma cíclica, al igual que uno de los depredadores que las caza, el lince. Seguir esta tendencia es mucho más fácil que identificar el genoma de una población.
