La ecología de la población es un subcampo de la ecología que trata con la dinámica de las poblaciones de especies y cómo estas poblaciones interactúan con el medio ambiente . [1] Es el estudio de cómo los tamaños de la población de las especies cambian con el tiempo y el espacio. El término ecología de la población a menudo se usa indistintamente con la biología o la dinámica de la población .
El desarrollo de la ecología de la población debe mucho a la demografía y las tablas de vida actuarial . La ecología de la población es importante en la biología de la conservación , especialmente en el desarrollo del análisis de viabilidad de la población (PVA), que permite predecir la probabilidad a largo plazo de que una especie persista en un parche de hábitat dado. Aunque la ecología de la población es un subcampo de la biología , proporciona problemas interesantes para los matemáticos y estadísticos que trabajan en la dinámica de la población .
Fundamentos [ editar ]
| Término | Definición |
|---|---|
| Población de especies | Todos los individuos de una especie. |
| Metapoblacion | Un conjunto de poblaciones espacialmente disjuntas, entre las cuales hay alguna inmigración. |
| Población | Un grupo de individuos conespecíficos que están demográficamente, genéticamente o espacialmente separados de otros grupos de individuos. |
| Agregación | Un grupo de individuos agrupados espacialmente. |
| Deme | Un grupo de individuos más genéticamente similares entre sí que a otros individuos, generalmente también con cierto grado de aislamiento espacial. |
| Población local | Un grupo de individuos dentro de un área delimitada por un investigador más pequeña que el rango geográfico de la especie y, a menudo, dentro de una población (como se define anteriormente). Una población local también podría ser una población disuelta. |
| Subpoblación | Un subconjunto arbitrario delimitado espacialmente de individuos dentro de una población (como se definió anteriormente). |
La ley más fundamental de la ecología de la población es la ley exponencial del crecimiento de la población de Thomas Malthus . [3]
Este principio en la ecología de la población proporciona la base para formular teorías y pruebas predictivas que siguen:
Los modelos de población simplificados 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 demografía y evolución de la población sostienen el supuesto (o hipótesis nula ) de no tener influencia externa. Los modelos pueden ser más complejos matemáticamente cuando "... varias hipótesis en competencia se enfrentan simultáneamente con los datos". [4] Por ejemplo, en un sistema cerrado donde la inmigración y la emigración no tienen lugar, la tasa de cambio en el número de individuos en una población se puede describir como:
donde N es el número total de individuos en la población, B es el número bruto de nacimientos, D es el número bruto de muertes, b y d son las tasas de nacimientos y muertes per cápita respectivamente, yr es el número promedio per cápita de los descendientes supervivientes que cada individuo tiene. Esta fórmula se puede leer ya que la tasa de cambio en la población ( dN / dT ) es igual a los nacimientos menos las muertes (B - D). [3] [5]
Usando estas técnicas, el principio de crecimiento de la población de Malthus se transformó más tarde en un modelo matemático conocido como la ecuación logística :
donde N es la densidad de biomasa, a es la tasa máxima de cambio per cápita y K es la capacidad de carga de la población. La fórmula se puede leer de la siguiente manera: la tasa de cambio en la población ( dN / dT ) es igual al crecimiento ( aN ) que está limitado por la capacidad de carga (1-N / K) . A partir de estos principios matemáticos básicos, la disciplina de la ecología de la población se expande en un campo de investigación que consulta la demografía.de poblaciones reales y prueba estos resultados contra los modelos estadísticos. El campo de la ecología de la población a menudo utiliza datos sobre la historia de la vida y el álgebra matricial para desarrollar matrices de proyección sobre la fecundidad y la supervivencia. Esta información se utiliza para gestionar las poblaciones de vida silvestre y establecer cupos de captura [5] [6]
Poblaciones geométricas [ editar ]
El siguiente modelo de población puede manipularse para inferir matemáticamente ciertas propiedades de las poblaciones geométricas . Una población con un tamaño que aumenta geométricamente es una población donde las generaciones de reproducción no se superponen. [8]En cada generación hay un tamaño de población efectivo indicado como N e que constituye el número de individuos en la población que pueden reproducirse y se reproducirán en cualquier generación reproductiva en cuestión. [9] En el modelo de población a continuación, se supone que Nes el tamaño efectivo de la población. [8]
Suposición 01 : N e = N
N t + 1 = N t + B t + I t - D t - E t
| Término | Definición |
|---|---|
| N t + 1 | Tamaño de la población en la generación tras generación t . Esta puede ser la generación actual o la siguiente (próxima) generación, según la situación en la que se utilice el modelo de población. |
| N t | Tamaño de la población en la generación t . |
| B t | Suma (Σ) de nacimientos en la población entre las generaciones t y t + 1 . También conocido comotasa de natalidad cruda . |
| Yo t | Suma (Σ) de inmigrantes que se trasladan a la población entre las generaciones t y t + 1 . También conocido como tasa de inmigración cruda . |
| D t | Suma (Σ) de muertes en la población entre las generaciones t y t + 1 . También se conoce comoprima tasa de mortalidad. |
| E t | Suma (Σ) de emigrantes que se mudan de la población entre las generaciones t y t + 1 . También conocido como tasa de emigración cruda . |
Supuesto 02 : no hay migración hacia o desde la población ( N )
I t = E t = 0
N t + 1 = N t + B t - D t
Las tasas brutas de natalidad y mortalidad están relacionadas con las tasas de natalidad y mortalidad per cápita :
B t = b t × N t
D t = d t × N t
b t = B t / N t
d t = D t / N t
| Término | Definición |
|---|---|
| b t | Tasa de natalidad per cápita . |
| d t | Tasa de mortalidad per cápita . |
Por lo tanto:
N t + 1 = N t + (b t × N t ) - (d t × N t )
Supuesto 03 : b t y d t son constantes (es decir, no cambian cada generación).
N t + 1 = N t + (bN t ) - (dN t )
| Término | Definición |
|---|---|
| segundo | Tasa de natalidad per cápita constante . |
| re | Tasa de mortalidad per cápita constante . |
Tome el término N t fuera de los paréntesis.
N t + 1 = N t + (b - d) N t
b - d = R
| Término | Definición |
|---|---|
| R | Tasa geométrica de aumento. |
N t + 1 = N t + RN t
N t + 1 = (N t + RN t )
Tome el término N t fuera de los corchetes de nuevo.
N t + 1 = (1 + R) N t
1 + R = λ
| Término | Definición |
|---|---|
| λ | Tasa de incremento finita . |
N t + 1 = λN t
| En t + 1 | N t + 1 = λN t |
| En t + 2 | N t + 2 = λN t + 1 = λλN t = λ 2 N t |
| En t + 3 | N t + 3 = λN t + 2 = λλN t + 1 = λλλN t = λ 3 N t |
| En t + 4 | N t + 4 = λN t + 3 = λλN t + 2 = λλλN t + 1 = λλλλN t = λ 4 N t |
| En t + 5 | N t + 5 = λN t + 4 = λλN t + 3 = λλλN t + 2 = λλλλNN t + 1 = λλλλλNN t = λ 5 N t |
Por lo tanto:
N t + 1 = λ t N t
| Término | Definición |
|---|---|
| λ t | La tasa de aumento finita se eleva a la potencia del número de generaciones (por ejemplo, para t + 2[dos generaciones] → λ 2 , para t + 1 [una generación] → λ 1 = λ , y para t [antes de cualquier generación - en tiempo cero] → λ 0 = 1 |
Tiempo de duplicación de la población geométricas [ editar ]
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El tiempo de duplicación de una población es el tiempo requerido para que la población crezca al doble de su tamaño. [13] Podemos calcular el tiempo de duplicación de una población geométrica usando la ecuación: N t + 1 = λ t N t aprovechando nuestro conocimiento del hecho de que la población ( N ) tiene el doble de su tamaño ( 2N ) después del tiempo de duplicación . [8]
2N t d = λ t d × N t
| Término | Definición |
|---|---|
| t d | Doblando tiempo. |
λ t d = 2N t d / N t
λ t d = 2
El tiempo de duplicación se puede encontrar tomando logaritmos. Por ejemplo:
t d × log 2 (λ) = log 2 (2)
log 2 (2) = 1
t d × log 2 (λ) = 1
t d = 1 / log 2 (λ)
O:
t d × ln (λ) = ln (2)
t d = ln (2) / ln (λ)
t d = 0.693 ... / ln (λ)
Por lo tanto:
t d = 1 / log 2 (λ) = 0.693 ... / ln (λ)
La vida media de la población geométricas [ editar ]
La vida media de una población es el tiempo que tarda la población en disminuir a la mitad de su tamaño. Podemos calcular la vida media de una población geométrica utilizando la ecuación: N t + 1 = λ t N t aprovechando nuestro conocimiento del hecho de que la población ( N ) es la mitad de su tamaño ( 0.5N ) después de una vida media . [8]
0.5N t 1/2 = λ t 1/2 × N t
| Término | Definición |
|---|---|
| t 1/2 | Media vida. |
λ t 1/2 = 0.5N t 1/2 / N t
λ t 1/2 = 0.5
La vida media se puede calcular tomando logaritmos (ver arriba).
t 1/2 = 1 / log 0.5 (λ) = ln (0.5) / ln (λ)
Constantes de crecimiento geométricas (R) y finitas (λ) [ editar ]
Geométricos (R) constante crecimiento [ editar ]
R = b - d
N t + 1 = N t + RN t
N t + 1 - N t = RN t
N t + 1 - N t = ΔN
| Término | Definición |
|---|---|
| ΔN | Cambio en el tamaño de la población entre dos generaciones (entre la generación t + 1 y t ). |
ΔN = RN t
ΔN / N t = R
Finitos (λ) constante crecimiento [ editar ]
1 + R = λ
N t + 1 = λN t
λ = N t + 1 / N t
Relación matemática entre poblaciones geométricas y exponenciales [ editar ]
En poblaciones geométricas, R y λ representan constantes de crecimiento (ver 2 y 2.3 ). En exponencialespoblaciones sin embargo, la tasa de crecimiento intrínseca , también conocido como tasa intrínseca de crecimiento ( r ) es la constante de crecimiento relevante. Como las generaciones de reproducción en una población geométrica no se superponen (p. Ej., Se reproducen una vez al año), pero sí en una población exponencial, las poblaciones geométricas y exponenciales generalmente se consideran mutuamente excluyentes. [14] Sin embargo, las constantes geométricas y las constantes exponenciales comparten la siguiente relación matemática. [8]
La ecuación de crecimiento para poblaciones exponenciales es
N t = N 0 e rt
| Término | Definición |
|---|---|
| mi | Número de Euler : una constante universal a menudo aplicable en ecuaciones exponenciales. |
| r | Tasa de crecimiento intrínseca - también conocida como tasa de crecimiento intrínseca . |
Supuesto: N t (de una población geométrica) = N t (de una población exponencial) .
Por lo tanto:
N 0 e rt = N 0 λ t
N 0 cancela en ambos lados.
N 0 e rt / N 0 = λ t
e rt = λ t
Tomemos los logaritmos naturales de la ecuación. El uso de logaritmos naturales en lugar de los logaritmos de base 10 o base 2 simplifica la ecuación final como ln (e) = 1.
rt × ln (e) = t × ln (λ)
| Término | Definición |
|---|---|
| en | logaritmo natural - en otras palabras, ln (y) = log e (y) = x =la potencia ( x ) que e debe elevarse a ( e x ) para dar la respuesta y .
En este caso, e 1 = e por lo tanto ln (e) = 1 .
|
rt × 1 = t × ln (λ)
rt = t × ln (λ)
T cancela en ambos lados.
rt / t = ln (λ)
Los resultados:
r = ln (λ)
y
e r = λ
Selección r / K [ editar ]
Un concepto importante en la ecología de la población es la teoría de la selección r / K. La primera variable es r (la tasa intrínseca del aumento natural en el tamaño de la población, densidad independiente) y la segunda variable es K (la capacidad de carga de una población, dependiente de la densidad). [15] Una especie seleccionada por r (por ejemplo, muchos tipos de insectos, como los áfidos [16] ) es una que tiene tasas altas de fecundidad, bajos niveles de inversión parental en los jóvenes y tasas altas de mortalidad antes de que los individuos alcancen la madurez . La evolución favorece la productividad en las especies seleccionadas. En contraste, una KLas especies seleccionadas (como los humanos) tienen tasas bajas de fecundidad, altos niveles de inversión parental en los jóvenes y bajas tasas de mortalidad a medida que los individuos maduran. La evolución en especies seleccionadas por K favorece la eficiencia en la conversión de más recursos en menos descendientes. [17] [18]
Metapoblacion [ editar ]
Las poblaciones también se estudian y conceptualizan a través del concepto de " metapoblación ". El concepto de metapoblación se introdujo en 1969: [19]
La ecología de la metapoblación es un modelo simplificado del paisaje en parches de diferentes niveles de calidad. [21]Los parches están ocupados o no. Los migrantes que se mueven entre los parches se estructuran en metapoblaciones como fuentes o sumideros. Los parches de origen son sitios productivos que generan un suministro estacional de migrantes a otras ubicaciones de parches. Los parches de fregadero son sitios improductivos que solo reciben migrantes. En la terminología de la metapoblación hay emigrantes (individuos que dejan un parche) e inmigrantes (individuos que se mueven en un parche). Los modelos de metapoblación examinan la dinámica de parches a lo largo del tiempo para responder preguntas sobre ecología espacial y demográfica. Un concepto importante en la ecología de la metapoblación es el efecto de rescate, donde pequeños parches de menor calidad (es decir, sumideros) se mantienen por una afluencia estacional de nuevos inmigrantes. La estructura de la metapoblación evoluciona año tras año, donde algunos parches son sumideros, como los años secos, y se convierten en fuentes cuando las condiciones son más favorables. Los ecólogos utilizan una mezcla de modelos de computadora y estudios de campo para explicar la estructura de la metapoblación.[22]
Historia [ editar ]
El término más antiguo, autecología (del griego: αὐτο, auto , "self"; οίκος, oikos, "hogar"; y λόγος, logos, "conocimiento"), se refiere aproximadamente al mismo campo de estudio que la ecología de la población. Deriva de la división de la ecología en autecología, el estudio de las especies individuales en relación con el medio ambiente, y la sinecología , el estudio de grupos de organismos en relación con el medio ambiente o la ecología comunitaria. Odum (1959, p. 8) consideró que la sinecología debería dividirse en ecología de poblaciones, ecología comunitaria y ecología del ecosistema, definiendo la autecología como esencialmente "ecología de especies". [1]Sin embargo, desde hace algún tiempo los biólogos han reconocido que el nivel más significativo de organización de una especie es una población, porque en este nivel el acervo genético de la especie es más coherente. De hecho, Odum consideraba que la "autecología" ya no era una "tendencia actual" en la ecología (es decir, un término arcaico), aunque incluía la "ecología de las especies" (estudios que enfatizan la historia de viday el comportamiento como adaptaciones al entorno de organismos o especies individuales) Como una de las cuatro subdivisiones de la ecología.
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