Tutoría 1. Introducción a la Ecología

© Robert Pittman, NOAA – Wikimedia Commons

Tutoría 1. Introducción a la Ecología

Profesor: José Francisco Calvo Sendín

[email protected] | http://webs.um.es/jfcalvo

ECOLOGÍA IICurso académico 2021-2022Departamento de Ecología e Hidrología

© Carlos González Revelles

1. Definiciones

2. Raíces y divisiones de la Ecología

3. Niveles de organización

4. El ajuste entre los organismos y su ambiente

5. Ecología de poblaciones

6. Comunidades, ecosistemas y ecología global

Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología

Guion y bibliografía

• Begon M, Harper JL, Townsend CR (1999) Ecología: individuos,

poblaciones y comunidades. Omega, Barcelona.

• Levin SA (Ed.) (2009) The Princeton Guide to Ecology. Princeton

University Press, New Jersey.

• Margalef R (1977). Ecología. Omega. Barcelona.

• Molles MC (2005) Ecología. Conceptos y aplicaciones. McGraw-Hill /

Interamericana. Madrid.

• Smith RL, Smith TM (2010) Ecología. Pearson, Madrid.

Ecología: ciencia joven y de síntesis

El término “ecología” fue acuñado por Haeckel, biólogo alemán, en 1866,

combinando las palabras griegas oikos (casa) y logos (razón, pensamiento,

conocimiento).

Haeckel definió la ecología como “el estudio de la interdependencia y de la

interacción entre los organismos vivos (animales y plantas) y su ambiente (seres

inorgánicos)”.

Definiciones

Krebs (1972)

“El estudio científico de las interacciones que determinan la distribución y abundancia

de los organismos”.

Odum (1963)

“El estudio de la estructura y función de la naturaleza”.


1. Definiciones

Krebs CJ (1972) Ecology. Harper & Row, New York.

Odum EP (1963) Ecology. Holt, Rinehart and Winston, New York.

Definiciones

Begon, Harper y Townsend: “el estudio científico de la distribución y abundancia de

los organismos y de las interacciones que determinan la distribución y la abundancia”.

Smith y Smith: “el estudio científico de la relación entre los organismos y su

ambiente”.

Molles: “el estudio de las relaciones entre los organismos y el ambiente”.

Margalef: “la biología de los ecosistemas”.


1. Definiciones

Ecosistema: “Sistema formado por individuos de muchas especies, en el

seno de un ambiente de características definidas e implicado en un

proceso dinámico e incesante de interacción, ajuste y regulación,

expresable bien como intercambio de materia y energía, bien como una

secuencia de nacimientos y muertes, y uno de cuyos resultados es la

evolución a nivel de las especies y la sucesión a nivel del sistema entero”.

Palabras clave

Krebs

• Distribución y abundancia

Margalef R

• Ecosistema: especies (organismos, individuos) + ambiente

• Funcionamiento de la naturaleza: interacción, ajuste y regulación

• Nacimientos y muertes

• Energía y materia

• Evolución y sucesión


1. Definiciones

Objeto

fundamental

de la

ecología

Bloque II – Ecología I

Bloque II – Ecología II

Bloque III – Ecología I

• dónde se encuentran

los organismos,

• cuántos son, y

• por qué.

Raíces de la Ecología

• Historia natural, geografía del paisaje

• Fisiología y etología

• Cuestiones prácticas de agricultura, ganadería, etc.

• Demografía

Ecología, Medio Ambiente, Ciencias Ambientales, ecologismo, protección del medio

ambiente y conservación de la naturaleza (o de la biodiversidad)

Divisiones de la Ecología

• Ecología Animal, Vegetal, Microbiana

• Ecología Terrestre, Marina, de Aguas Continentales (Limnología)

• Autoecología, Ecología de Poblaciones, de Comunidades (Sinecología).

• Ecología de Sistemas, Evolutiva, Funcional.

• Ecología Aplicada, Ecología Global


2. Raíces y divisiones de la Ecología

Gestión y

Conservación de

Ecosistemas

Individuos, poblaciones, comunidades, ecosistemas y paisajes

Ecorregiones, biomas, ecozonas, antromas, antroposfera y biosfera



Organismos (individuos)

Poblaciones

Comunidades

EcosistemasPaisajes

Planeta Tierra, 9 de octubre de 2007

© NASA/Goddard Space Flight

Center/Reto Stöckli

Organización de los temas: Ecología I y Ecología II

Diferentes enfoques y organización. Ejemplo: índice de contenidos del libro de texto de

Colinvaux (1986).



Fuente: Colinvaux PA (1986) Ecology. Wiley & Sons, New York.

Ecología y evolución. Distribución y abundancia

Adaptación y distribución. Factores históricos y ambientales.

Evolución y distribución de las

aves no voladoras (Palaeognathae)


4. Interacciones entre organismos y ambiente

Fuente: Schweizer M, Liu Y (2018) Avian Diversity

and Distributions and Their Evolution Through

Space and Time. En Tietze D (ed.) Bird Species.

Fascinating Life Sciences: 129-145. Springer, Cham.

https://doi.org/10.1007/978-3-319-91689-7_8

Ecología y evolución. Distribución y abundancia

Adaptación y distribución. Factores históricos y ambientales.

Evolución y distribución

de los camélidos



Fuente: Jerry Crimson Mann derivative work: Andrew Z., CC BY-SA 3.0,

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10623119

• Guanaco

• Llama

• Vicuña

• Alpaca

• Camello

• Camello bactriano

• Dromedario



Abundancia

Relación especies/abundancia

Relación tamaño corporal/abundancia

Fuente: By Aedrake09, Public Domain,


Velo de

Preston

Fuente: By CNX OpenStax, CC BY 4.0,


Factores ambientales

• Condiciones

• Temperatura

• pH

• Salinidad

• Vientos y corrientes

• Recursos

• Radiación

• Agua

• Oxígeno

• CO2

• Nutrientes minerales

• Espacio y hábitat

• Alimento



Saguaro National Park © José F. Calvo

Culebrera europea © Carlos González Revelles

Concepto de nicho ecológico

Ejemplo: dos especies (S1 y S2) y dos dimensiones de nicho (tamaño del alimento y

temperatura)



Adaptada de Hutchinson GE (1957) Concluding remarks. Cold Spring Harbor Simposia on Quantitative Biology, 22: 415-427.

Nicho efectivo

Nicho fundamental

Especie 1

Especie 2Especie 3


Nicho fundamental y nicho efectivo



Gradiente ambiental

(disponibilidad de un recurso)

Dimensión 1

Dim

ensi

ón 2


Solapamiento entre nichos y coexistencia

Similitud limitante



Uso

de r

ecu

rso

s

Adaptada de Begon et al. (1999)

R

d

w w

n

o

𝑅 = disponibilidad de

recursos

𝑜 = solapamiento de

nichos

𝑛 = amplitud de nicho

𝑑 = distancia entre

óptimos

𝑤 = desviación estándar de

la curva

Gradiente ambiental (disponibilidad de recursos)

Ciclos de vida

Tipos generales

Especies semélparas: una sola fase reproductora; el gasto energético en reproducción

es muy elevado; los individuos se reproducen y mueren.

La mayoría de invertebrados, algunos peces, muchas plantas (monocárpicas).

Especies iteróparas: múltiples eventos reproductivos; el gasto energético de los

individuos en la reproducción es moderado; muchos sobreviven a cada evento

reproductivo.

La mayoría de vertebrados, muchas plantas herbáceas perennes, arbustos y árboles

(policárpicas).



Recursos

dedicados

a la

reproducción



Año 1 Año 2 Año …

Cre

cim

iento

ind

ivid

ual

Época desfavorable Época desfavorable Época desfavorable

Anual

Efímera

Bienal

Semelparidad

continua

Semelparidad indeterminada

Semelparidad

superpuesta


Recursos

dedicados

a la

reproducción



Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6

Cre

cim

iento

ind

ivid

ual

Iteroparidad continua

Iteroparidad

superpuesta

Anual iterópara


Pulsos

reproductivos

Ciclos de vida: supervivencia, crecimiento y reproducción

Gráfico del ciclo de vida de la orca (Orcinus orca)Fuente: Caswell, H. 2001. Matrix Population Models. Sinauer, Sunderland MA.



1 2 3 4

Ballenato Juvenil Adulta Post-reproductora

P1 G2 G3

F2

F3

P2 P3 P4

Pi : supervivencia

Gi : cambio de estadio/fase

Fi : reproducción

© Robert Pittman - NOAA, Public Domain,


Las transiciones están referidas a un periodo de tiempo

determinado, generalmente un año

Dinámica de poblaciones

Modelo general (poblaciones con pulso reproductivo)



𝑁𝑡+1 = 𝑁𝑡 + 𝐵 + 𝐼 − 𝐷 − 𝐸

Tamaño poblacional

a tiempo t + 1

Tamaño poblacional

a tiempo tNacimientos Muertes

Inmigrantes Emigrantes𝑁𝑡+1 = 𝜆 𝑁𝑡

λ: tasa anual de crecimiento poblacional

[= tasa discreta/finita/geométrica de

incremento per cápita, tasa reproductiva

neta fundamental]

Suele asumirse que la

inmigración y la emigración son

relativamente poco importantes

en la mayoría de poblaciones

(población cerrada)


Modelo exponencial



𝑑𝑁

𝑑𝑡= 𝑟𝑁

Integrando obtenemos:

𝑁𝑡 = 𝑁0𝑒𝑟𝑡 = 𝑁0𝜆

𝑡

r : tasa intrínseca

[= exponencial, instantánea] de

incremento per cápita [= poblacional]

Tiempo

Modelo

continuo

Modelo

discreto

Tam

año

po

bla

cio

nal


Modelo logístico (denso-dependiente)



Tiempo

K

𝑑𝑁

𝑑𝑡= 𝑟𝑁

𝐾 − 𝑁

𝐾= 𝑟𝑁 1 −

𝑁

𝐾

K : capacidad de carga,

número máximo de individuos

de una población que puede

mantener o sostener un

determinado hábitat o

ecosistema Tam

año

po

bla

cio

nal

Denso dependencia (negativa): competencia interespecífica



Los modelos logísticos incorporan el efecto de la competencia intraespecífica: a

medida que aumenta la densidad (el tamaño poblacional) se manifiesta

disminuyendo la tasa de fertilidad, la tasa de superviencia o ambas:

Fert

ilid

ad

(

)

Tamaño poblacional

Mo

rtalid

ad

(

)

KKK

Regulación y limitación poblacional



Los efectos de la competencia intraespecífica se

manifiestan como un proceso de regulación

poblacional; es decir, cuando se habla de regulación se

hace referencia específica a procesos denso-

dependientes. Por otra parte, los factores ambientales

pueden ejercer efectos de limitación poblacional,

determinando la densidad y la distribución de una

población. Los factores limitantes pueden actuar o no

en relación con la denso-dependencia.

Tradicionalmente han existido dos teorías ecológicas

enfrentadas sobre la importancia relativa de los

procesos denso-independientes y denso-dependientes

en la determinación del tamaño poblacional. Las dos

posturas tuvieron sus máximos exponentes en

Andrewartha y Birch (denso-independencia) y

Nicholson (denso-dependencia).

Tiempo

Tam

año

po

bla

cio

nal

Ksubóptimo

Kóptimo

Limitación

Regulación

Estrategias vitales

[= estrategias reproductivas, life history types]



Atributo poblacional Selección r Selección K

Tasa de crecimiento (r) Alta Baja

Capacidad competitiva Poco favorecida Muy favorecida

Desarrollo Rápido Lento

Madurez sexual Temprana Tardía

Tamaño corporal Pequeño Grande

Reproducción Única Repetida

Descendencia Mucha, pequeña Poca, grande

Estrategias r y K (= selección r/K)

Hacen referencia a los parámetros de los dos principales

modelos de dinámica poblacional (exponencial y logístico)

© Michelle Gadd/USFWS, Public Domain,

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid

=31315647

© By David Perez, CC BY 3.0,

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid

=29032568

Metapoblaciones

En su origen, el concepto de metapoblación describe una “población” de

poblaciones. Por tanto, una metapoblación clásica es un conjunto de subpoblaciones,

o mejor poblaciones locales, que viven en una red de manchas (fragmentos) de

hábitat adecuado.

En general, podemos considerar una metapoblación a un conjunto de poblaciones

espacialmente estructuradas a escala de paisaje (Hanski, 2009). La heterogeneidad

del hábitat tiende a reflejarse en poblaciones (metapoblaciones) con una estructura

más o menos fragmentada.

El término metapoblación fue acuñado por Levins en 1970 en el contexto de sus

investigaciones sobre el control de plagas de insectos en un ambiente fragmentado,

aunque el concepto ya aparece presente en otros trabajos previos.

El concepto de metacomunidad es una extensión del de metapoblación.



Hanski I (2009) Metapopulations and Spatial Population Processes.

En Levin SA (ed.) The Princeton Guide to Ecology: 177-185. Oxford University Press, New York.

Metapoblaciones

Tipos



Clásica

(Levins)

Fragmentaria

Continente – islas

Fuente – sumidero

No equilibrio

Interacción entre dos poblaciones



Tipo sp 1 sp 2

Competencia – –Depredación + –Parasitismo + –Patógeno +Parasitoide +

Tipo sp 1 sp 2

Mutualismo + +Protocooperación + +Comensalismo + 0

Amensalismo 0 –Neutralismo 0 0

Interacción entre dos poblaciones: competencia interespecífica

Modelo de Lotka-Volterra



𝑑𝑁1𝑑𝑡

= 𝑟1𝑁1𝐾1 − 𝑁1 − 𝛼12𝑁2

𝐾1

𝛼12 : coeficiente de competencia

(efecto de la especie 2 sobre la

especie 1)

N1

N2

Punto de equilibrio

K1

K1 /𝛼12

K2 /𝛼21K2

Isoclinas de

crecimiento 0

Coexistencia o exclusión competitiva

Interacción entre dos poblaciones: depredación

• Sistemas predador-presa

• Herbivorismo

• Parasitismo



Fuente: CNX OpenStax, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=49938685

Interacción entre dos poblaciones: depredación

• Sistemas predador-presa

• Herbivorismo

• Parasitismo



Manadas de herbívoros en Masai Mara (Kenia)

© Matt Scobel, CC BY 3.0,


Cyttaria_espinosae, hongo parásito de árboles de la familia Nothofagus

© Rcarrasj, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=83103493

Ecología II


6. Comunidades, ecosistemas y ecología global

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Tutoría 1. Introducción a la Ecología