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Curso: Biología avanzada (AP Biology) > Unidad 8

Lección 3: Ecología de poblaciones

Repaso de ecología de poblaciones

Términos clave

Término	Significado
Población	Un grupo de individuos que pertenecen a la misma especie y que viven en la misma área; por ejemplo, los gatos callejeros de la ciudad de Nueva York
Ecología de poblaciones	El estudio ecológico de cómo los factores bióticos (vivos) y abióticos (no vivos) influencian la densidad, dispersión y tamaño de una población
Tamaño dela población ( $N$ ‍)	El número de individuos en la población; por ejemplo, $500$ ‍ venados en un bosque ( $N = 500$ ‍)
Densidad	El número de individuos por unidad de área o volumen; por ejemplo, $100$ ‍ venados por acre de terreno en un bosque
Factor dependiente de la densidad	Se refiere a cualquier característica que cambia el tamaño de la población ( $N$ ‍) porque es afectada por la densidad de población; por ejemplo, la competencia
Factor independiente de la densidad	Se refiere a cualquier característica que cambia el tamaño de la población ( $N$ ‍) porque no es afectada por la densidad de población; por ejemplo, los desastres naturales como un terremoto
Dispersión	El patrón del espaciamiento entre los individuos dentro de la frontera de una población; por ejemplo, una dispersión agrupada
Capacidad de carga ( $K$ ‍)	El tamaño máximo de la población ( $N$ ‍ máx) que se puede soportar con los recursos disponibles en un medio ambiente; por ejemplo, $K = 10$ ‍ para los caimanes en un pantano
Crecimiento exponencial	Crecimiento de unas población en un medio ambiente ideal y con recursos ilimitados; por ejemplo, bacterias que se dejan durante la noche en una caja de petri rica en nutrientes
Crecimiento logístico	Nivelación del crecimiento exponencial debido a los recursos limitados; por ejemplo, la población humana actual

¿Cuántos conejitos hay en una isla?

Imagina que eres un ecólogo de poblaciones enviado a una isla recién descubierta en el Océano Pacífico. Tu especialidad como ecólogo de poblaciones es estudiar diversas poblaciones de conejitos en tierra firme. Sin embargo, ahora tu tarea es salir y responder un montón de nuevas preguntas relacionadas con la ecología de la población de conejitos en esta isla nueva. ¿Cuáles son algunas cosas que tú, como ecólogo poblaciones, estás interesado en averiguar?

Primero y antes que nada, necesitas averiguar cuántos conejitos hay en la población. En ecología de poblaciones, el tamaño de la población, simbolizado con

N

, es el número total de individuos en la población. Por ejemplo, si hay

100

conejitos en la isla, el tamaño de la población es de

100

N = 100

Sin embargo, ¿qué pasaría si quisieras saber más que solo cuántos conejitos hay en la isla? Algunas veces, además de conocer el tamaño de la población, para un ecólogo es más interesante saber cómo está distribuida o dispersada la población a lo largo de un área determinada. En este caso, algunas preguntas de interés serían:

¿Cómo está dispersada exactamente la población dentro de un área determinada?
¿Hay muchos conejitos juntos en un área de la isla? ¿O están más uniformemente dispersos por toda la isla?

Para poder responder estas nuevas preguntas, un ecólogo vería la densidad de la población, o el número de individuos por unidad de área o volumen.

Por ejemplo, imagina que la única fuente de comida para los conejitos se encuentra en lo alto de una colina en el centro de la isla. Ahora puedes hacer (y responder) preguntas como:

¿Cómo están distribuidos los conejitos en la isla? Con una única fuente de comida, lo más probable es que se encuentren densamente agrupados en el centro de la isla.
¿Qué pasaría si hubiera muchas fuentes de comida dispersadas en toda la isla? ¿Cómo cambiaría esto la distribución de la población de conejitos? En este caso, esperaríamos ver una distribución más uniforme en toda la isla.

Para hacer más sentido de las diferentes posibles maneras en que las poblaciones se podrían distribuir dentro de un área determinada, un ecólogo se puede enfocar en la dispersión de la población, o el patrón del espaciamiento entre los individuos dentro de la frontera de una población. En ecología, los individuos en una población pueden distribuirse de tres maneras generales: dispersión uniforme, aleatoria o agrupados.

Dispersión uniforme. En la dispersión uniforme, los individuos de una población están separados de manera más o menos igual. La dispersión uniforme se observa comúnmente en especies animales en las que los individuos vigilan y defienden territorios.

Dispersión aleatoria. En la dispersión aleatoria, los individuos están distribuidos al azar, sin un patrón predecible. Un ejemplo de dispersión aleatoria viene del diente de león y otras plantas cuyas semillas son dispersadas por el viento.

Dispersión agrupada. En una dispersión agrupada, los individuos están acumulados en grupos. Una dispersión agrupada se puede observar en las plantas que sueltan sus semillas directamente al suelo, como los robles, o en los animales que viven en grupos, como los bancos de peces o las manadas de elefantes.

A menudo, la dispersión de los individuos en una población proporciona más información acerca de cómo interactúan entre sí, y con su medio ambiente, que una sola medida de la densidad.

Dinámica poblacional

Además de conocer la densidad y la dispersión de una población, otro factor importante a estudiar en ecología de poblaciones es cómo cambia el tamaño de la población (

N

) a lo largo del tiempo. Es importante recordar que la ecología es un estudio dinámico, lo que significa que involucra ver los cambios que les ocurren a grupos de organismos y cómo esos cambios afectan sus interacciones constantes con los factores bióticos y abióticos de su medio ambiente.

Los ecólogos usan una variedad de métodos matemáticos para modelar la dinámica poblacional (cómo cambia el tamaño y la composición de las poblaciones a lo largo del tiempo). Vamos a ver algunos ejemplos de estas dinámicas y de cómo se podrían aplicar a los conejitos de la isla.

Crecimiento exponencial

Algunos modelos representan el crecimiento de la población sin restricciones del medio ambiente en el cual el tamaño de la población (

N

) experimenta un crecimiento exponencial. En otras palabras, este modelo muestra el crecimiento de una población en un medio ambiente ideal con recursos ilimitados. Esto se puede ilustrar como una curva con forma de J en una gráfica que modela el crecimiento de la población.

Por ejemplo, si los conejitos en la isla tuvieran recursos ilimitados (como comida, agua, refugio, parejas), el tamaño de su población (

N

) continuaría creciendo de manera exponencial. En este mundo "perfecto" de recursos ilimitados, no hay restricciones del medio ambiente para reducir el tamaño de su población (

N

) y, por lo tanto, dado suficiente tiempo, ¡la isla estaría absolutamente llena de conejitos brincando por todos lados!

Aunque el crecimiento exponencial es difícil de sostener en la naturaleza debido a los recursos limitados, hay momentos interesantes en los que el crecimiento exponencial ciertamente es posible. Por ejemplo, las bacterias, que son procariontes unicelulares que se reproducen de manera asexual, ¡pueden crecer de manera exponencial en una caja de petri enriquecida con nutrientes en un tiempo tan corto como una noche!

Además, también hay ejemplos de eucariontes multicelulares más grandes que experimentan crecimiento exponencial. Por ejemplo, las poblaciones que rebotan son poblaciones de organismos que "se recuperan" después de sufrir una disminución severa en el tamaño de su población.

El elefante africano, alguna vez un objetivo de caza furtiva generalizada y descontrolada, eventualmente "rebotó" de manera exponencial a un tamaño de población sostenible después de que varios gobiernos africanos promulgaron leyes estrictas de caza y esfuerzos de conservación.

^{1}

Crecimiento logístico

En realidad, el crecimiento exponencial es difícil de sostener durante largos periodos de tiempo para cualquier población (incluidos los conejitos) porque en la naturaleza los recursos son limitados. Si este es el caso, ¿qué le pasaría a la población de conejitos después de que empezara a enfrentarse a tales limitaciones para crecer? Para poder responder esta pregunta, podemos hacer uso de un modelo de crecimiento diferente que usan los ecólogos llamado el modelo de crecimiento logístico.

En el modelo de crecimiento logístico, la población experimenta una nivelación del crecimiento exponencial debido a los recursos limitados. A su vez, la gráfica, que anteriormente era una curva con forma de J, ahora cambia a ser una curva con forma de S en una gráfica que modela el crecimiento de la población.

¿Qué es lo que determina exactamente esta "nivelación" del crecimiento de la población? En ecología de poblaciones, la capacidad de carga, simbolizada como

K

, representa el tamaño máximo de la población que puede ser soportada por los recursos disponibles en un medio ambiente. Una vez que se alcanza la capacidad de carga (

K

), la poblaciones tienden a fluctuar alrededor de

K

, con pequeñas oscilaciones periódicas por arriba y por abajo de este tamaño de la población con base en los recursos disponibles en el medio ambiente.

En el mundo real, existen variantes a la curva logística “ideal”. Podemos ver un ejemplo en la gráfica a continuación, donde se ilustra el crecimiento de la población de las focas comunes en el estado de Washington, en Estados Unidos. A principios del siglo XX, se cazaba activamente a las focas bajo el auspicio de un programa gubernamental que las veía como depredadores perjudiciales, lo que redujo en gran medida su número

^{2}

. Desde que se canceló dicho programa, las poblaciones de focas se han recuperado en un patrón aproximadamente logístico

^{3}

Regulación del crecimiento de la población

Como viste en el modelo de crecimiento logístico, el crecimiento de la población de conejitos, junto con el crecimiento de todas las demás poblaciones, siempre va a acabar teniendo que enfrentar algún tipo de resistencia al crecimiento, en particular cuando la población alcance la capacidad de carga (

K

). Como ecólogo de poblaciones, también vale la pena tratar de averiguar cuáles son exactamente los factores que regulan, o influencian, el tamaño y el crecimiento de la población de conejitos.

El crecimiento de la población de conejitos está influenciada por dos factores principales: los factores dependientes de la densidad, en los cuales la densidad de la población de conejitos en un momento dado afecta su tasa de crecimiento, y los factores independientes de la densidad, los cuales influencian la tasa de crecimiento de la población de conejitos sin importar su densidad de población.

En la siguiente tabla se muestran ejemplos de factores dependientes de la densidad. Con estos factores, un aumento en la densidad de población provoca que cada uno de estos factores tenga una influencia mayor sobre el tamaño de la población (

N

Factores dependientes de la densidad

Factor	Explicación	Conejitos de la isla
Competencia	En poblaciones abarrotadas, un aumento en la densidad de población intensifica la competencia por recursos y puede provocar una disminución en el tamaño del a población ( $N$ ‍)	Muchos conejitos = mucha competencia por los recursos limitados
Depredación	A medida que la población de la presa se hace más y más densa, los depredadores pueden tener un acceso más fácil para comer esa especie	Muchos conejitos = muchos objetivos fáciles para los gatos depredadores en la isla
Enfermedades	En poblaciones densas, las enfermedades se pueden propagar más rápidamente y pueden provocar una disminución en el tamaño de la población ( $N$ ‍)	Muchos conejitos = muchos hospederos para enfermedades

Factores independientes de la densidad

Los factores independientes de la densidad son muy diferentes. Muchos factores abióticos (no vivos) influyen en la tasa de mortalidad de una población sin importar su densidad, incluyendo el clima, los desastres naturales y la contaminación. Un conejito individual puede morir en un terremoto catastrófico en una isla sin importar cuántos conejitos resulte haber en esa zona. Sus posibilidades de supervivencia son iguales si la densidad de población es alta o baja, ejemplificando así un factor independiente de la densidad.

Como puedes ver, la ecología de poblaciones es mucho más que solo contar los conejitos en una isla. En lugar de eso, con un profundo conocimiento de los diferentes factores que afectan la población de conejitos, tú, como el ecólogo de poblaciones, ahora puedes describir los cambios dinámicos que ocurren en la población y, más importante aún, incluso predecir cambios futuros con base en lo que ya se sabe acerca de la dinámica poblacional pasada y presente de los conejitos. ¡A la siguiente isla!

Errores conceptuales comunes

Los estudiantes podrían pensar erróneamente que cuando una población alcanza su capacidad de carga ( $K$ ‍), ya no cambia el tamaño de la población. ¡Esto sin duda no es verdadero en ecología de poblaciones! Las poblaciones no se quedan permanentemente en la capacidad de carga ( $K$ ‍). Recuerda que la ecología es un estudio dinámico que siempre involucra factores que están cambiando y que influyen en las poblaciones y su crecimiento. Los tamaños más estables de las poblaciones fluctúan alrededor de $K$ ‍, en lugar de permanecer exactamente en ese valor $^{4}$ ‍.
Los estudiantes podrían pensar erróneamente que los modelos de crecimiento de población solo pueden ser exponencial o logístico... ¡este no es el caso! Las tasas de crecimiento de población no son exclusivamente exponenciales o logísticas en sus patrones de crecimiento. Los modelos de crecimiento de población están en un espectro que pueden variar de exponencial a logístico. Los patrones de crecimiento suelen fluctuar entre puramente exponenciales y puramente logísticos.
Los estudiantes podrían pensar erróneamente el tamaños de la población siempre aumenta. Sin embargo, el tamaño de la población no siempre crece. Algunas veces, una población puede experimentar situaciones suficientemente serias que hacen disminuir el tamaño de la población ( $N$ ‍). Una disminución en el tamaño de la población está provocada por una tasa de crecimiento negativa, la cual se puede deber a una variedad de factores como enfermedades, hambruna o desastres naturales que conducen a muertes generalizadas en un periodo de tiempo dado.

Población de elefantes que se recupera
Huber, H. y Laake, J. (2002). Trends and status of harbor seals in Washington state: 1978-99 (Estado y tendencias de las focas comunes en el estado de Washington: 1978-1999). En AFSC Quarterly Report, 1-13. Tomado de http://www.afsc.noaa.gov/Quarterly/ond2002/ond02feature.pdf.
Skalski, J. R., Ryding, K. E. y Millspaugh, J. J. (2005). Figure 7.7. Coastal estuarine harbor seal abundance in Washington state, 1975-1999 (Figura 7.7. Abundancia de la foca común en los estuarios costeros del estado de Washington, 1975-1999). En Wildlife demography: Analysis of sex, age, and count data. Burlington, MA: Elsevier Academic Press.
Gráfica que representa la fluctuación de K

Referencias adicionales

"Límites del medio ambiente al crecimiento de la población", de OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., yJackson, R. B. (2011). The exponential model describes population growth in an idealized, unlimited environment (El modelo exponencial describe el crecimiento de una población en un ambiente ideal e ilimitado). En Campbell biology (10th ed., pp. 1190-1192). San Francisco, CA: Pearson.

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Mario E Ponce
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