La ecología espacial estudia la unidad distributiva o espacial última ocupada por una especie . En un hábitatparticular compartido por varias especies, cada una de las especies suele estar confinada a su propio microhábitat o nicho espacial porque dos especies en el mismo territorio general no pueden ocupar el mismo nicho ecológico durante un período de tiempo significativo.
Descripción general [ editar ]
En la naturaleza, los organismos no están distribuidos de manera uniforme ni aleatoria , sino que forman algún tipo de patrón espacial . [1] Esto se debe a varias entradas de energía, perturbaciones e interacciones de especies que resultan en estructuras o gradientes espacialmente irregulares . Esta variación espacial en el medio ambiente crea diversidad en las comunidades de organismos, así como en la variedad de los eventos biológicos y ecológicos observados. [1] El tipo de disposición espacial presente puede sugerir ciertas interacciones dentro y entre las especies, como la competencia , la depredación y la reproducción . [2]Por otro lado, ciertos patrones espaciales también pueden descartar teorías ecológicas específicas que antes se creían verdaderas. [3]
Aunque la ecología espacial trata con patrones espaciales, generalmente se basa en datos de observación enlugar de en un modelo existente . [2] Esto se debe a que la naturaleza rara vez sigue el orden esperado. Para investigar adecuadamente un patrón o población espacial, se debe detectar la extensión espacial en la que se produce. Idealmente, esto se lograría de antemano a través de una encuesta espacial de referencia, que determinaría si el patrón o proceso se realiza a escala local, regional o global. Sin embargo, esto es raro en la investigación de campo real, debido a la falta de tiempo y financiamiento, así como a la naturaleza siempre cambiante de organismos tan ampliamente estudiados como los insectos y la vida silvestre . [4]Con información detallada sobre las etapas de vida, dinámica, demografía , movimiento, comportamiento, etc. de una especie, se pueden desarrollar modelos de patrones espaciales para estimar y predecir eventos en ubicaciones no muestreadas. [2]
Historia [ editar ]
La mayoría de los estudios matemáticos en ecología en el siglo XIX asumieron una distribución uniforme de los organismos vivos en su hábitat. [1] En el último cuarto de siglo, los ecólogos han comenzado a reconocer el grado en que los organismos responden a los patrones espaciales en su entorno. Debido a los rápidos avances en tecnología informática en el mismo período, se han utilizado métodos más avanzados de análisis de datos estadísticos. [3] Además, el uso repetido de imágenes de sensores remotos y sistemas de información geográficaen un área en particular ha llevado a un mayor análisis e identificación de patrones espaciales a lo largo del tiempo. [4] Estas tecnologías también han aumentado la capacidad de determinar cómo las actividades humanas han impactado el hábitat animal y el cambio climático . [5]El mundo natural se ha fragmentado cada vez más debido a las actividades humanas; el cambio antropogénico del paisaje ha tenido un efecto dominó en las poblaciones de vida silvestre, que ahora es más probable que sean pequeñas, de distribución restringida y cada vez más aisladas unas de otras. En parte como una reacción a este conocimiento, y en parte debido a desarrollos teóricos cada vez más sofisticados, los ecólogos comenzaron a destacar la importancia del contexto espacial en la investigación. La ecología espacial emergió de este movimiento hacia la responsabilidad espacial; "la introducción progresiva de la variación espacial y la complejidad en el análisis ecológico, incluidos los cambios en los patrones espaciales a lo largo del tiempo". [6]
Conceptos [ editar ]
Escala [ editar ]
En ecología espacial, la escala se refiere a la extensión espacial de los procesos ecológicos y la interpretación espacial de los datos. [7] La respuesta de un organismo o una especie al medio ambiente es particular a una escala específica, y puede responder de manera diferente a una escala mayor o menor. [8] Elegir una escala que sea apropiada para el proceso ecológico en cuestión es muy importante para formular hipótesis y determinar con precisión la causa subyacente. [9] [10] La mayoría de las veces, los patrones ecológicos son el resultado de múltiples procesos ecológicos, que a menudo operan en más de una escala espacial. [11] Mediante el uso de métodos estadísticos espaciales tales como geoestadísticay el análisis de coordenadas principales de matrices vecinas (PCNM), se pueden identificar relaciones espaciales entre organismos y variables ambientales en múltiples escalas. [8]
Autocorrelación espacial [ editar ]
La autocorrelación espacial se refiere al valor de las muestras tomadas una cerca de la otra y es más probable que tengan una magnitud similar a la del azar solo. [7] Cuando un par de valores ubicados a una cierta distancia aparte son más similares de lo esperado por casualidad, se dice que la autocorrelación espacial es positiva. Cuando un par de valores son menos similares, se dice que la autocorrelación espacial es negativa. Es común que los valores estén autocorrelacionados positivamente a distancias más cortas y autocorrelacionados negativos a distancias más largas. [1] Esto se conoce comúnmente como la primera ley de la geografía de Tobler, que se resume como "todo está relacionado con todo lo demás, pero los objetos cercanos están más relacionados que los objetos distantes".
En ecología, hay dos fuentes importantes de autocorrelación espacial, que surgen de procesos espaciotemporales, como la dispersión o la migración : [11]
- La autocorrelación espacial verdadera / inherente surge de las interacciones entre individuos ubicados en una proximidad cercana. Este proceso es endógeno (interno) y hace que los individuos sean espacialmente adyacentes de manera irregular . [7] Un ejemplo de esto sería la reproducción sexual , cuyo éxito requiere la cercanía de un macho y una hembra de la especie.
- La autocorrelación espacial inducida (o ' dependencia espacial inducida ') surge de la respuesta de la especie a la estructura espacial de factores exógenos (externos), que a su vez están autocorrelacionados espacialmente. [7] Un ejemplo de esto sería el rango de hábitat de invierno de los ciervos, que utilizan coníferas para la retención de calor y forraje .
La mayoría de los datos ecológicos muestran cierto grado de autocorrelación espacial, dependiendo de la escala ecológica (resolución espacial) de interés. Como la disposición espacial de la mayoría de los datos ecológicos no es aleatoria, las muestras de población aleatorias tradicionales tienden a sobreestimar el verdadero valor de una variable, o inferir una correlación significativa donde no hay ninguna. [1] Este sesgo se puede corregir mediante el uso de geoestadísticas y otros modelos más estadísticamente avanzados. Independientemente del método, el tamaño de la muestra debe ser apropiado para la escala y el método estadístico espacial utilizado para que sea válido. [4]
Patrón [ editar ]
Los patrones espaciales, como la distribución de una especie, son el resultado de una autocorrelación espacial verdadera o inducida. [7] En la naturaleza, los organismos no se distribuyen de manera uniforme ni aleatoria. El ambiente está estructurado espacialmente por varios procesos ecológicos, [1] que en combinación con la respuesta de comportamiento de las especies generalmente resulta en:
- Gradientes (tendencias) cambio direccional constante en números sobre una distancia específica
- Parches (agrupamientos) un área relativamente uniforme y homogénea separada por espacios.
- Variación de ruido (fluctuaciones aleatorias) que no se puede explicar mediante un modelo
Teóricamente, cualquiera de estas estructuras puede ocurrir en cualquier escala dada. Debido a la presencia de autocorrelación espacial, los gradientes de la naturaleza generalmente se encuentran a nivel global, mientras que los parches representan escalas intermedias (regionales) y ruido a escalas locales. [11]
El análisis de patrones ecológicos espaciales comprende dos familias de métodos; [12]
- El análisis de patrones de puntos se ocupa de la distribución de individuos a través del espacio y se utiliza para determinar si la distribución es aleatoria. [13] También describe el tipo de patrón y extrae conclusiones sobre qué tipo de proceso creó el patrón observado. Los métodos estadísticos más utilizados son la densidad cuadrática y los métodos de vecino más cercano .
- El análisis de patrones de superficie se ocupa de fenómenos espacialmente continuos. Una vez que la distribución espacial de las variables se determina mediante un muestreo discreto, se utilizan métodos estadísticos para cuantificar la magnitud, intensidad y extensión de la autocorrelación espacial presente en los datos (como correlogramas , variogramas y peridogramas), así como para mapear los Cantidad de variación espacial.
Aplicaciones [ editar ]
Investigación [ editar ]
El análisis de las tendencias espaciales se ha utilizado para investigar el manejo de la vida silvestre, la ecología de los incendios, la ecología de la población, la ecología de las enfermedades, las especies invasoras, la ecología marina y la modelización del secuestro de carbono utilizando las relaciones y los patrones espaciales para determinar los procesos ecológicos y sus efectos en el medio ambiente. Los patrones espaciales tienen diferentes ecosistemas que funcionan en la ecología para ejemplos mejorados productivos. [14]
Interdisciplinario [ editar ]
Los conceptos de ecología espacial son fundamentales para comprender las dinámicas espaciales de la población y la ecología comunitaria . La heterogeneidad espacial de las poblaciones y las comunidades desempeña un papel central en teorías ecológicas como la sucesión , la adaptación , la estabilidad de la comunidad, la competencia , las interacciones depredador-presa , el parasitismo y las epidemias . [1] El campo en rápida expansión de la ecología del paisaje utiliza los aspectos básicos de la ecología espacial en su investigación.
El uso práctico de los conceptos de ecología espacial es esencial para comprender las consecuencias de la fragmentación y la pérdida de hábitat para la vida silvestre. La comprensión de la respuesta de una especie a una estructura espacial proporciona información útil con respecto a la conservación de la biodiversidad y la restauración del hábitat. [15]
El modelado de la ecología espacial utiliza componentes de la teledetección y los sistemas de información geográfica (SIG).
Pruebas estadísticas [ editar ]
Se han desarrollado una serie de pruebas estadísticas para estudiar tales relaciones.
Pruebas basadas en la distancia [ editar ]
- Clark y Evans 'R
Clark y Evans en 1954 [16] propusieron una prueba basada en la densidad y la distancia entre los organismos. Bajo la hipótesis nula, la distancia esperada ( r e ) entre los organismos (medida como la distancia del vecino más cercano) con una densidad constante conocida ( ρ ) es
La diferencia entre lo observado ( r o ) y lo esperado ( r e ) se puede probar con una prueba de Z
donde A es el área de la región muestreada y N es el número total de organismos. Para muestras grandes, Z se distribuye normalmente. Los resultados se informan generalmente en forma de una relación: R = ( r o ) / ( r e )
- Α de pielou
Pielou en 1959 ideó una estadística diferente. [17] En lugar de los vecinos más cercanos, consideró la distancia entre un organismo y un conjunto de puntos aleatorios preseleccionados dentro del área de muestreo, asumiendo nuevamente una densidad constante. Si la población se dispersa aleatoriamente en el área, estas distancias serán iguales a las distancias vecinas más cercanas. Vamos ω ser la relación entre las distancias de los puntos al azar y las distancias calculadas a partir de los cálculos de vecinos más cercanos. El α es
donde d es la densidad común constante y π tiene su valor numérico habitual. Los valores de α menor que, igual o mayor que 1 indican uniformidad, aleatoriedad (una distribución de Poisson ) o agregación, respectivamente. Alpha puede ser probado para una desviación significativa de 1 mediante el cálculo de la estadística de prueba
donde χ 2 se distribuye con 2 n grados de libertad. n aquí está el número de organismos muestreados.
Montford en 1961 demostró que cuando se estima la densidad en lugar de una constante conocida, esta versión de alfa tendía a sobreestimar el grado real de agregación. Él proporcionó una formulación revisada que corrige este error. Existe una amplia gama de problemas matemáticos relacionados con modelos ecológicos espaciales, relacionados con patrones espaciales y procesos asociados con fenómenos caóticos, bifurcaciones e inestabilidad [18] .
La macroecología es el subcampo de la ecología que se ocupa del estudio de las relaciones entre los organismos y su entorno a grandes escalas espaciales para caracterizar y explicar los patrones estadísticos de abundancia, distribución y diversidad. [ cita requerida ] El término fue acuñado por James Brown de la Universidad de Nuevo México y Brian Maurer de la Universidad del Estado de Michigan en un artículo publicado en 1989 en Science . [1]
La macroecología aborda la idea de estudiar ecosistemas utilizando un enfoque "de arriba hacia abajo". Busca la comprensión a través del estudio de las propiedades del sistema en su conjunto; Kevin Gaston y Tim Blackburn hacen la analogía de ver el bosque por los árboles. [2]
La macroecología examina cómo el desarrollo global en el cambio climático afecta a las poblaciones de vida silvestre . Las preguntas ecológicas clásicas que se pueden estudiar a través de las técnicas de macroecología incluyen cuestiones de riqueza de especies , gradientes latitudinales en la diversidad de especies , la curva de área de la especie , tamaño del rango, tamaño corporal y abundancia de especies . Por ejemplo, la relación entre la abundancia y el tamaño del rango (por qué las especies que mantienen grandes tamaños de población local tienden a estar ampliamente distribuidas, mientras que las especies que son menos abundantes tienden a tener rangos restringidos) ha recibido mucha atención.
Microecología significa ecología microbiana o ecología de un microhábitat. La microecología del intestino humano es el estudio de la ecología microbiana del intestino humano. [1]
La microecología es un campo amplio que incluye muchos temas como evolución, biodiversidad, exobiología, ecología, biorremediación , reciclaje y microbiología de alimentos. Se estima que hay 1,000,000 tipos diferentes de microbios que viven en este planeta, de los cuales menos de 4,500 han sido descritos de acuerdo con la Evaluación General de Biodiversidad.
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