fdrenkhan - 3.2 - ecología de poblaciones
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CAPÍTULO 3.2
Ecología de poblaciones
Crecimiento poblacional y la población humana
Regulación del crecimiento poblacional
Evolución biológica
Geog. Fabian Drenkhan – ECOLOGÍA – Semestre 2013-1, PUCP
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1. Introducción
Dinámica de poblaciones
La dinámica de una población origina de ...
... los cambios dentro de una población a lo largo del tiempo
El cambio del tamaño de una población resulta ...
... del aumento o de la disminución de los nacimientos ... del aumento o de la disminución de las muertes
... de la proporción entre inmigración y emigración ... de la proporción de sexos
Introducción de la
mariposa lagarta e n
Massachusetts (1900)
Extensión del hábitat
(1900-1994)
Expansión de la especie
introducida debido a la
(relativamente) alta tasa
de natalidad y baja tasa
de mortalidad.
Factor: depredación
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1. Introducción
Fuente: SM ITH & SMITH 2007: 212
Dinámica de poblaciones
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1. Introducción
Crecimiento poblacional
Cambio de tamaño de la población (r) = Tasa de nacimientos (n)
– Tasa de muertes (m) + Tasa de inmigrantes (i) – Tasa de emigrantes (e)
r = n – m [ + (i – e) ]
Éstos cuatro parámetros son calculados por un período de tiempo determinado – ejemplo: por año.
[ ]
Tasa de la reproducción:
Migración considerada solo en algunos contextos
(a nivel global = 0)
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1. Introducción
Crecimiento poblacional Incremento poblacional:
El cambio de tamaño de población determinado (r) se relaciona con el tamaño total de la misma población (N)
en una ecuación diferencial para calcular el número absoluto de incremento de indiv iduos dentro de esta población en un tiempo definido (t).
Incremento poblacional (dN/dt) =
Cambio de tamaño de la población (r) * Número absoluto de individuos (N)
dN / dt = r * N
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2. Población humana
Crecimiento de la población humana
Población total (N): 7 082 374 643 habitantes (estim. 12/2012)
Nacimientos (n): 19,1 / 1000 hab. (estim. 07/2012)
Muertes (m): 8,0 / 1000 hab. (estim. 07/2012)
según fórmula [1]: r = n – m
r = = = 0,0111
Tasa anual de crecimiento: 1,11%
Tasa diaria de crecimiento: r = = 0,003%
[1]
19,1 – 8,0
1000
11,1
1000
Fuente: http://www.indexmundi.com/world/demographics_profile.html
1,11%
365
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según fórmula [2]: dN / dt = r * N
dN / dt = 0,0111 * 7 082 374 643 = 78 614 359 (más hab. en 2013)
Población total fines de 2013 = Población total 2012 (N2012) + Aumento en un año (dN/dt2013) = 7 082 374 643 + 78 614 359 = 7 160 989 002 habitantes hasta fines del 2013 Corresponde a un aumento en cada minuto (dentro de un año): 78 614 359 hab. 78 614 359 hab.
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2. Población humana
[2]
365 d * 24 h * 60 min 525 600 min 150 hab./min = =
Crecimiento de la población humana
Po
bla
ció
n H
um
an
a (
Mile
s d
e m
illo
ne
s) Crecimiento exponencial en los últimos 200 años :
en 1800: < 1 mil millón
en 1850: 1.3 mil millones
en 1900: 1.7 mil millones
en 1950: 2.5 mil millones
en 1975: 4.1 mil millones
en 2000: 6.1 mil millones
en 2013: 7.2 mil millones
¿10 mil millones en 2100?
Sobrepoblación: ¿Suficientes recursos?
Reacción: ¿Desarrollo sostenible?
La peste bubónica
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2. Población humana
Historia del crecimiento de la población humana
Natalidad alta Mortalidad alta
Natalidad alta Mortalidad baja
Natalidad moderada Mortalidad baja
Natalidad baja Mortalidad baja
Nuevos estilos de la v ida
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2. Población humana
Europa: Transición demográfica
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2. Población humana
Transición demográfica en el mundo
La transición demográfica describe la transformación de una sociedad preindustrial, caracterizada por
tener unas tasas de natalidad y de mortalidad altas, a una sociedad industrial o incluso una sociedad postindus trial, caracterizadas por tener ambas tasas
bajas.
El modelo de la transición demográfica se refiere a
Europa en los últimos ~ 200 años.
Hoy en día, los países en vías de desarrollo atraviesan
esta transición de una manera diferente, muchas veces mucho más rápidamente e intensamente.
10
2. Población humana
Los 10 países más poblados
¡Los primeros dos países más poblados
(China y India) representan
37% de la población mundial,
los primeros 10 países más que 50%!
¿Qué factores determinan el crecimiento desigual en los países del mundo?
1357 mlls.
1260 mlls.
Natalidad: 10,3 hab./1000 Mortalidad: 10,3 hab./1000
Migración: 1,7 hab./1000
Incremento: 0,2 % a. 11
2. Población humana
Pirámides de edad
Crecimiento rápido Crecimiento lento
Fuente: SM ITH & SMITH 2007: 207
Natalidad: 20,7 hab./1000 Mortalidad: 4,7 hab./1000
Migración: -4,3 hab./1000
Incremento: 1,2 % anual
Crecimiento ~ nulo
Natalidad: 14,1 hab./1000 Mortalidad: 8,3 hab./1000
Migración: 3,2 hab./1000
Incremento: 0,9 % anual
Datos demográficos: http://www.welt-in-zahlen.de/laendervergleich.phtml
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3. Modelos del crecimiento poblacional
Introducción
Se utiliza modelos científicos para analizar, explicar, simular y predecir fenómenos o procesos investigados en
la realidad.
En varios casos estos modelos sirven para visualizar el contexto científico.
Los modelos de crecimiento son modelos específicos que representan el desarrollo de una población bajo
ciertas suposiciones.
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3. Modelos del crecimiento poblacional
Modelos principales
Crecimiento exponencial
Máxima tasa de crecimiento que se da cuando los
recursos son ilimitados y las condiciones de
crecimiento son óptimas y el ambiente constante.
Crecimiento logístico
El crecimiento poblacional está regulado por límites
ambientales.
Este límite se conoce como Capacidad de Carga (K).
Tiempo
Ta
mañ
o d
e P
ob
lac
ión
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3. Modelos del crecimiento poblacional
Crecimiento exponencial
Una población que crece exponencialm ente
se describe con la siguiente ecuación:
dN / dt = (r)(N)
En esta ecuación, (r) es la tasa de crecimiento
per cápita, (N) es el número de individuos de
la población en cualquier momento dado (t), y dN/dt es la tasa
de incremento de la población.
Incremento de una
población por un
porcentaje constante
sin limitaciones
medioambientale s
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El crecimiento poblacional está
caracterizado como una función
exponencial por períodos
cortos.
En muchos casos el crecimiento
exponencial se detiene de una
manera repentina por el
agotamiento de recursos o
catástrofes naturales.
¡Ninguna población puede
crecer de manera exponencial
indefinidamente!
¿Analogía en la PUCP? 15
3. Modelos del crecimiento poblacional
Ejemplo: Crecimiento exponencial Máximo crecimiento de los venados;
sobreexplotación de recursos naturales
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3. Modelos del crecimiento poblacional
Crecimiento logístico
Una población que crece logísticamente
se describe con la siguiente ecuación:
dN / dt = (r)(N)
En diferencia a la ecuación del crecimiento exponencial, el
crecimiento logístico considera el factor (K) que representa la
Capacidad de Carga.
(K-N)
K
Punto de inflex ión
Resistencia del ambiente
(Crecimiento inhibido)
Crecimiento sin mayores límites
medioambientales
Estagnación
Posible disminución de la población
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3. Modelos del crecimiento poblacional
Crecimiento logístico
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3. Modelos del crecimiento poblacional
Ejemplo: Crecimiento logístico
Oso marino ártico
(Callorhinus ursinus)
Paramecios (Paramecium) Pulgas de agua (Daphnia)
Crecimiento exponencial
• Recursos ilimitados
• No existe una mayor
depredación que disminuye
población
• En la naturaleza solo posible
hasta un cierto punto, luego
estagnación, disminución
o aun colapso de población
Crecimiento logístico
• Recursos limitados
• Existen mecanismos que
ejercen disminución de
la población (enfermedades,
depredación etc.)
• Modelo más frecuente en
naturaleza 19
3. Modelos del crecimiento poblacional
Comparación: Crecimiento exponencial y logístico
Crecimiento exponencial
Crecimiento logístico
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4. Regulación del crecimiento poblacional
Introducción
El crecimiento poblacional nunca se da indefinidamente y es sujeto de variaciones debido a cambios en tasas de natalidad
y mortalidad.
Factores que influyen directamente en estas tasas pueden ser:
Intrínsecos
Extrínsecos
Población
Edades
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Dinámica de la población de liebres americanas (Lepus americanus) en función del tamaño de la población de linces del Canadá (Lynx canadensis) 21
4. Regulación del crecimiento poblacional
Ejemplo
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4. Regulación del crecimiento poblacional
Factores denso-(in)dependientes
Factores denso-dependientes
Efecto directamente relacionado con la densidad de la población.
Cuanto más alta la densidad poblacional, mayor el efecto del factor
Factores denso-independientes
Efecto en cualquier momento y al azar,
independientemente de la densidad de la población.
Afecta a la población de manera similar
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4. Regulación del crecimiento poblacional
Factores denso-dependientes
Competencia intraespecífica
Entre las mismas especies
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4. Regulación del crecimiento poblacional
Factores denso-dependientes
Competencia interespecífica
Entre diferentes especies
Depredación
Competencia por recursos naturales Competencia territorial
Depredación
La misma especie como solitaria Pinos en una población densa 25
4. Regulación del crecimiento poblacional
Factores denso-dependientes
Competencia – un asunto no exclusivamente animal
Existe también una alta competencia entre plantas, por la
luz, nutrientes, agua, etc. que delimita el crecimiento de cada individuo según su nivel de competitiv idad y tolerancia al estrés fisiológico.
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4. Regulación del crecimiento poblacional
Poblaciones de muy alta densidad (muy alta competencia)
Carencia de hábitats y alimentos Menos nutrientes, estrés fisiológico, etc.
Cambios hormonales Inhiben el crecimiento del individuo
Reducen la reproducción y retrasan la madurez sexual Deprimen el sistema inmunológico (individuos más vulnerables)
Poblaciones de muy baj a densidad (baja competencia):
Aislamiento de las especies
Menor probabilidad de encontrar pareja para reproducirse
Mayor vulnerabilidad (frente a depredadores, clima, etc.)
Factores denso-dependientes
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Climas extremas (sequía, helada, lluvia torrencial, etc.) 27
4. Regulación del crecimiento poblacional
Factores denso-independientes
Catástrofes naturales (incendio, deslizamiento, erupción volcánica, etc.) y epidemias
28
4. Regulación del crecimiento poblacional
Debido al crecimiento poblacional diferente y a las condiciones
ambientales, las especies tienen dos diferentes estrategias
para reproducirse y garantizar la persistencia de su población:
Estratega r
El “r” se refiere a la tasa de reproducción recién conocida.
Estos estrategas se reproducen rápidos y en cantidades
para mantener su población. Muchos individuos mueren temprano.
Estrategias de reproducción
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4. Regulación del crecimiento poblacional
Estratega K
El “K” se refiere a la capacidad de carga recién conocida. Estos estrategas se reproducen lento y
con pocas crías que tienen una mayor
esperanza de vida. De esta manera garantizan la persistencia
de la población.
Estrategias de reproducción
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Factores Estrategia r Estrategia K
Condiciones
ambientales (clima) Variable y/o impredecible Casi constante y/o predecible
Mortalidad
A menudo catastrófica,
independiente de la
densidad
Dependiente de la densidad
Estrategias de la
reproducción
1. Desarrollo rápido
2. r elevada
3. Reproducción temprana
4. Reproducción frecuente
5. Escaso cuidado parental
6. Pequeño tamaño corporal
1. Desarrollo lento
2. Reproducción retardada
3. Reproducción infrecuente
4. Mayor cuidado parental
5. Gran tamaño corporal
6. Mayor habilidad
competitiva
Longitud de la v ida Corta, normalmente de
semanas hasta pocos años
Larga, normalmente de varios
años hasta décadas
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4. Regulación del crecimiento poblacional
Cantidad Calidad vs.
Porcentaje de lapso de vida
Nú
me
ro d
e s
ob
rev
ivie
nte
s
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4. Regulación del crecimiento poblacional
Resumen: Estrategias de reproducción
K Tipo I+II supervivencia
r Tipo III supervivencia
Según la biblia, el mundo y todos los organismos fueron creados en una vez por Dios.
Por lo tanto, los organismos no se habrían cambiado en su forma en toda la historia
de la Tierra, es decir: nunca evolucionaron.
La Ig lesia Catól ica Ro mana amenazó cualquier fuerza de ilustración cient ífica en
contra de este orden div ino. La inquis ic ión de los herejes era el medio para acallar a
todos los escépticos, entre ellos c ientíficos como Galileo Galilei, Giordano Bruno, etc.
¿Ningún cambio en la forma de especies en mil millones de años? 32
5. Evolución biológica
El mundo hasta el siglo XIX
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¡Existen demasiadas evidencias para negar este hecho!
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5. Evolución biológica
Celacantos (fósiles v ivos) Transición de la fauna
maritima a la terrestre
Numerosas especies con una historia
particular ais lada en diferentes partes del
mundo muestran una serie de simi litudes en
su apariencia, estructura y comportamien to ;
tanto las actualmen te vivas como en
comparaciones de fósiles .
Representan el resultado de condiciones
medioambientales similares (¡c lima!) –
y prueban el hecho de la adaptación
en el marco de la evolución.
¡Existen demasiadas evidencias para negar este hecho!
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5. Evolución biológica
Tectónica de placas
“El Origen de las especies por medio de la selección natural”
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5. Evolución biológica
Darwin y la teoría de la evolución
Charles Dar win post ula en la mit ad de l
sig lo XIX que todas las especies de
ser es v ivos han evolucionado con el tiempo a p artir d e un antep asado
común (teoría de descendencia).
Animado por el c ientífico Alf red R.
Wallace quien tuv o ideas similar es, publica en 1859 la obra:
Impact a en la s ociedad del siglo XIX, científicos de esta época eran
dev otos cr istianos que ex plicaban nuev os hallaz gos con ev ent os
bíblicos. Polarización: creacionistas vs. evolucionistas
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Darwin explora y compara la flora y fauna global y los procesos geológicos Fuertemente inspirado por teorías del geólogo Charles Lyell – obra: “Principios de Geología”
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5. Evolución biológica
Darwin y la teoría de la evolución Viaje en el Beagle 1831 – 1836
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5. Evolución biológica
Darwin y la teoría de la evolución
Pinzones de Galápagos
En tres de las is las, Darwin
enc ontr ó 13 diferent es
esp eci es d e pinzones,
est rechamente relacionados y altamente adapt ados a las
condiciones ambienta les
específic as y a una dieta distinta de semillas y insectos.
Más tar de, estos y otros
des cubrimient os en su v ia je llevar on a cabo la idea de la
evolución por m edio de la
selección natural.
Mutaciones crean variación
Las mutaciones desfavorables son eliminadas
Reproducción y mutación ocurren
Las mutaciones favorables permanecen
Y se propagan en la población
Recombinación de genes:
Nueva agrupación de los
caracteres hereditarios
Mutaciones:
Cambios permanentes de la información genética
por azar y de forma espontánea
Variabilidad genética
Base para la adaptación a
nuevas condiciones ambientales
Brindan nuevas adaptaciones al medio ambiente (mediante la selección natural)
Solo las mutaciones más favorables persisten en nuevas
especies y se heredan tras generaciones 38
5. Evolución biológica
Factores evolutivos
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“Supervivencia del más apto” ≠ El más fuerte
Tiempo
(por numerosas generaciones)
La Evolución biológica es un proceso del cambio de características
hereditarias en individuos de una población a través del tiempo (de generación a generación).
Uno de los principales motores de la
evolución es la selección natural (por presión del medio ambiente o la selección sexual).
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5. Evolución biológica
Factor evolutivo: Selección natural
Cambio en composición de población y
sus caracter ísticas fisiológicas y morfológicas
Por medios hereditarios de generación a generación
Capacidad reproductora de
una población
Capacidad del crecimiento
indefinido
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5. Evolución biológica
Selección natural
Limitación de recursos
Reduce la capacidad
reproductora
Competencia
Lucha por la existencia
Variabilidad genética
Selección natural
Supervivencia de los más aptos
Origen de nuevas
var iedades y/o especies
¡En 1992, Juan Pablo II. rehabilitó a Galileo y su vis ión heliocéntrica científica!
¡En 1996, reconoció por primera vez la propiedad de la teoría de Evolución
formulada por Darwin ya unos 140 años atrás…! 41
5. Evolución biológica
El árbol filogenético
Diagrama que muestra las relaciones evolutivas entre diferentes especies considerando que todas estas tienen una ascendencia común. Es el resultado de reconstrucciones científicos sobre las similitudes morfológicas y genéticas de las especies una a otra.