Preguntas Centrales sobre Ecología de Poblaciones
BIOL4558
Agosto 2021
Preguntas central a la Ecología de Población
Ecologicas
- ¿Por qué algunas especies son más abundantes que otras?
- ¿Qué hace que la densidad de población varíe en el espacio y el tiempo?
- ¿Qué provoca la extirpación de poblaciones o Recolonización de un sitio?
- ¿Qué procesos regulan el crecimiento de la población?
- Factores extrínsecos vs intrínsecos (debate Nicholson vs Andrewartha)
- ¿Qué evita que las relaciones depredador-presa colapsen?
- ¿Qué factores permiten que los competidores coexistan?
- ¿Qué factores permiten que las metapoblaciones sean estables y autosuficientes?
Conservación y Manejo
- ¿Cuál es el estado de conservación de una especie o población focal?
- ¿Cómo afectan las estructuras antropogénicas y los usos del suelo a las poblaciones?
- ¿Cuál es el Rendimiento Máximo Sostenible para una especie de caza focal? En otra palabra cuanto individuos se puede remover una población sin afectar su supervivencia?
- ¿Cómo se pueden controlar eficazmente las plagas?
- ¿Qué áreas de tierra específicas deben conservar para preservar las poblaciones y metapoblaciones en riesgo?
- ¿Cuáles son los posibles efectos a nivel de población de estrategias alternativas de conservación o manejo?
¿Qué es una población?
De Krebs (1972): “Una población se define como un grupo de organismos de la misma especie que ocupan un espacio particular en un momento particular, con el potencial de reproducirse entre sí”
Los límites espaciales que definen a las poblaciones a veces se definen fácilmente, pero por lo general son vagos y difíciles de determinar.
El tamaño de la población, o abundancia, a menudo se representa como \(N\) y es la medida más básica de una población silvestre.
Crecimiento exponencial: el principio fundamental de la ecología de poblaciones
Los Puffballs producen 7 billones de esporas (¡12 ceros!) En un evento reproductivo … Si todos esos individuos llegaran a la edad adulta, ¡los descendientes de solo dos padres puffballs pesarían más que todo el planeta en dos generaciones!
¿La razón? Las poblaciones pueden exhibir crecimiento exponencial, en el que cada nueva incorporación a la población expande el potencial reproductivo de la población en un ciclo de retroalimentación positiva
Matemáticas y ecología de poblaciones
‘Las matemáticas parecen dotar a uno de un nuevo sentido’ - Charles Darwin
‘Like most mathematicians, he takes the hopeful biologist to the edge of the pond, points out that a good swim will help his work, and then pushes him in and leaves him to drown’ - Charles Elton, en referencia a una obra de Alfred Lotka
La importancia del método es la siguiente: si conocemos ciertas variables, en su mayoría deseadas por los ecologistas y en algunos casos ya determinadas por ellos, podemos predecir ciertos resultados que normalmente no serían predecibles o ni siquiera esperados por los ecólogos. La etapa de verificación de estas predicciones matemáticas apenas ha comenzado; pero su importancia no se puede subestimar, y esperamos ver más volúmenes de estudios de Lotka. - Charles Elton
La ecología de la población es fundamental para muchas de las cuestiones más urgentes de la ecología y la evolución modernas.
Este curso trata principalmente sobre la importancia de la ecología de poblaciones para la conservación y el manejo de la vida silvestre. Pero vale la pena mencionar que la Ecología de poblaciones es un campo muy activo de la ciencia básica, y que la ecología de poblaciones es el núcleo de muchas de las cuestiones centrales de la ecología y la evolución.
Estas preguntas son de Sutherland
et al. 2012.
Por supuesto, hay muchas más preguntas interesantes, limitadas
únicamente por su imaginación.
Es posible que no comprenda todas estas preguntas ahora; ¡revisaremos esta lista al final del semestre!
- ¿Cuáles son las consecuencias ecológicas de que las especies estén menos conectadas a través de la fragmentación o más conectadas a través de la globalización?
¿Cuáles son los mecanismos ecológicos que influencia las distribuciones márginales de las especies?
¿Cómo podemos escalar procesos detallados a nivel de individuos (por ejemplo, interacciones conductuales) en patrones a escala poblacional? (¡propiedades emergentes!)
- ¿Cuál es la importancia relativa de las interacciones directas (depredación, competencia ) frente a las indirectas (cambio de comportamiento inducido; por ejemplo, miedo) para determinar el efecto de una especie sobre otras?
¿Qué rasgos demográficos determinan la resiliencia de las poblaciones naturales a las perturbaciones y perturbaciones (por ejemplo, el cambio climático)?
¿En qué medida el cambio climático desacoplará los vínculos tróficos debidos a desajustes fenológicos?
¿Cómo responden las poblaciones y comunidades naturales al aumento de la frecuencia de eventos climáticos extremos pronosticados bajo el cambio climático global?
¿Cómo afectan las interacciones interespecíficas a las respuestas de las especies al cambio global?
¿Qué importancia tienen las especies raras en el funcionamiento de las comunidades ecológicas?
¿Cuál es la magnitud de la “deuda de extinción” tras la pérdida y fragmentación de los hábitats naturales y cuándo se pagará?
Y mucho más…
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Comenzar con ver el siguiente video
Ejercicio en clase: retroalimentación positiva
La retroalimentación en los sistemas ocurre cuando las tasas de entrada y salida (por ejemplo, nacimientos y muertes por año) dependen del valor de la población (por ejemplo, ¡una población silvestre!).
La retroalimentación es lo que conduce a comportamientos del sistema complejos (‘interesantes’) y propiedades emergentes inesperadas.
Un refuerzo, o retroalimentación positiva (a menudo llamado ‘círculo vicioso’) conduce a un crecimiento exponencial, lo que lleva a números increíblemente altos si se les da suficiente tiempo.
Una retroalimentación negativa se está estabilizando, lo que lleva a sistemas controlado, ordenados y regulados (¡y a la homeostasis en la biología del organismo!). Muy pronto hablaremos más sobre las retroalimentaciones negativas en las poblaciones (regulación de la población).
En el ejercicio anterior en clase, la estructura del modelo produjo un crecimiento lineal ya que el [Flow] agregó una cantidad fija a la [Stock] en cada paso de tiempo.
Q: ¿Qué tienen en común los siguientes elementos: bola de nieve, personas, conejos, fuego, bacterias, pulgas, cuentas de ahorro, cáncer?
Procesos en español
Construyamos un modelo que nos ayude a comprender mejor este proceso.
Este modelo agrega una retroalimentación usando un [Link] del [Stock] de vuelta al [Stock]. El [Link] comunica el valor del [Stock] al [Flujo]. Un [Link] solo comunica información de un elemento del modelo a otro, en realidad no cambia el valor del [Stock] (eso es lo que hace un [Flow]).
Abra InsightMaker. Cree un [Stock] y un [Flow] como lo hizo en el modelo anterior (el flujo debe ser una entrada, no una salida) y simplemente nómbrelos Stock y Flow por ahora.
Si pasa el mouse sobre Stock o Flow aparecerá un pequeño [\(=\) Sign]. Si hace clic aquí, se abrirá la ventana Ecuación donde puede establecer valores o ecuaciones. Abra esta ventana para el [Stock], ingrese un valor de 1, luego cierre la ventana.
El valor del [Stock] se puede comunicar al [Flow] con un [Link] (¡que representa un proceso de retroalimentación!). Para crear un [Enlace], haga clic en Link en la parte Conexiones de la barra de herramientas (en la parte superior). Cuando pase el mouse sobre [Stock], haga clic en la flecha azul, arrastre el [Link] al [Flow] y suelte. Ahora tiene un [Enlace] en la parte superior del [Flujo]. Ahora mantenga presionada la tecla Shift y haga clic en el medio del [Link] y se creará un pequeño nodo verde en el [Link]. Puede seleccionar este nodo y arrastrarlo hacia arriba para que el [Link] no esté directamente encima del [Flujo] (ahora puede ver el [Link]).
Open InsightMaker. Create a [Stock] and a [Flow] as you did in the previous model (flow should be an input, not an output) and just name them Stock and Flow for now.
Por lo general, existe algún tipo de factor que rige la tasa que [Stock] influye en el [Flow]. Introduzcamos una [Variable] llamada Tasa. Para crear una [Variable], haga clic con el botón derecho en el lienzo y seleccione Variable en el menú desplegable. Ahora dibuje un [Enlace] desde * Tasa * al [Flujo]. Abra la ventana Ecuación para Tasa y establézcala en 0.5.
Abra la ventana ** Ecuación ** para el [Flujo] y configúrelo en [Stock] multiplicado por [Tasa]. Es decir, la entrada total a la [Acción] es igual al valor de la [Acción] multiplicado por el valor de * Tasa *.
Ahora haga clic en [Ejecutar simulación] y acaba de terminar su primer modelo de simulación de bucle de refuerzo. ¿Hace lo que esperarías?
English Intructions
This model adds a feedback using a [Link] from the [Stock] back into the [Flow]. The [Link] communicates the value of the [Stock] to the [Flow]. A [Link] only communicates information from one element of the model to another, it doesn’t actually change the value of the [Stock] (that is what a [Flow] does).
1E. Open InsightMaker. Create a [Stock] and a [Flow] as you did in the previous model (flow should be an input, not an output) and just name them Stock and Flow for now.
2E. If you mouse over Stock or Flow a small [\(=\) Sign] will appear. If you click this it will open the Equation window where you can set values or equations. Open this window for the [Stock], enter a value of 1, then close the window.
3E. The value of the [Stock] can be communicated to the [Flow] with a [Link] (representing a feedback process!). To create a [Link], click Link in the Connections part of the toolbar (at the top). When you mouse over the [Stock] click on the blue arrow, drag the [Link] to the [Flow] and release. You now have a [Link] on top of the [Flow]. Now hold the Shift Key and click in the middle of the [Link] and a little green node will be created on the [Link]. You can select this node and drag it up so the [Link] isn’t directly on top of the [Flow] (now you can see the [Link]).
4E. Usually there is some type of factor governing the rate the [Stock] influences the [Flow]. Let’s introduce a [Variable] named Rate. To create a [Variable], right-click on the canvas and select Variable from the drop-down. Now draw a [Link] from Rate to the [Flow]. Open the Equation window for Rate and set it to 0.5.
5E. Open the Equation window for the [Flow] and set it to [Stock] times [Rate]. That is, the total inflow into the [Stock] is equal to the value of the [Stock] multiplied by the value of Rate.
6E. Now click [Run Simulation] and you have just finished your first reinforcing loop simulation model! Does it do what you would expect?
Q: Si [Stock] es una población, por ejemplo, conejos, ¿cuál es la interpretación de [Flow]? ¿Cuál es la interpretación de Rate? Cambie el nombre de sus variables en consecuencia y cambie los parámetros para hacer que el modelo sea más realista biológicamente. Ejecute la simulación nuevamente.
QE: If [Stock] is a population – say, rabbits – then what is the interpretation of [Flow]? What is the interpretation of Rate? Rename your variables accordingly and change the parameters to make the model more biologically realistic. Run the simulation again.
Q Recuerde la ecuación básica del crecimiento exponencial: \(\ Delta N = r \ cdot N_t\). ¿Cómo se relaciona con el modelo de InsightMaker que acaba de crear? ¿Qué componente de la ecuación se refiere a qué componente del modelo en InsightMaker? [Sombrero de copa]
QE Recall the basic equation of exponential growth: \(\Delta N = r \cdot N_t\). How does it relate to the InsightMaker model you have just created? Which component of the equation refers to which component of the model in InsightMaker?
- Piense en la primera pregunta anterior mientras hace esto (bola de nieve, personas, conejos, fuego, bacterias, pulgas, cuentas de ahorro, cáncer). ¿Cómo cambiaría los valores para representar cada una de estas cantidades? ¡Elige un par de estos y pruébalo!
7E. Think about the first question above while doing this (snowball, people, rabbits, fire, bacteria, fleas, savings accounts, cancer). How would you change the values to represent each of these quantities? Pick a couple of these and try it out!
Debe notar que la población tiende a crecer lentamente al principio y luego muy rápidamente. Esto se conoce como crecimiento exponencial. Si ha leído el primer capítulo del libro de Gotelli, lo reconocerá como el concepto fundamental de la ecología de poblaciones.
Q ¿Puedes modelar el ejemplo de la puffball mushroom mencionado antes en la conferencia? ¿Cuántos hongos hay en la población después de dos generaciones? [Edmodo]
Q ¿Puede (aproximadamente) replicar el gráfico de población humana al comienzo de esta conferencia? ¿Cuál es la tasa de crecimiento per cápita (\(r\)) de la población humana? [Edmodo] (NOTA: esto es totalmente opcional, ¡pero podrías resolverlo analíticamente!)
Y solo por diversión, aquí hay un video sobre el crecimiento exponencial, es posible que desee consultar.