fdrenkhan - 3.2 - ecología de poblaciones

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22/04/2013 2 1 CAPÍTULO 3.2 Ecología de poblaciones Crecimiento poblacional y la población humana Regulación del crecimiento poblacional Evolución biológica Geo g. Fab ian Dren kh an – EC OLOGÍA Semestre 2 0 1 3 - 1 , P UC P 1 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 en 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 2 1. Introducción Fuente: SMITH & SMITH 2007: 212 Dinámica de poblaciones

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Page 1: FDrenkhan - 3.2 - Ecología de Poblaciones

22/04/2013

2 1

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

1

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

2

1. Introducción

Fuente: SM ITH & SMITH 2007: 212

Dinámica de poblaciones

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22/04/2013

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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)

4

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

5

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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2 3

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.

6

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

7

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 4

9

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.

13

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

14

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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2 6

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

16

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

17

3. Modelos del crecimiento poblacional

Crecimiento logístico

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2 7

18

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

20

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

22

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

23

4. Regulación del crecimiento poblacional

Factores denso-dependientes

Competencia intraespecífica

Entre las mismas especies

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24

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.

26

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

29

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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2 11

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

30

4. Regulación del crecimiento poblacional

Cantidad Calidad vs.

Porcentaje de lapso de vida

me

ro d

e s

ob

rev

ivie

nte

s

31

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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2 12

¡Existen demasiadas evidencias para negar este hecho!

33

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!

34

5. Evolución biológica

Tectónica de placas

“El Origen de las especies por medio de la selección natural”

35

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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2 13

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”

36

5. Evolución biológica

Darwin y la teoría de la evolución Viaje en el Beagle 1831 – 1836

37

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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2 14

“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).

39

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

40

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.