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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”.
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
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”.
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
3. Niveles de organización
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).
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
3. Niveles de organización
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)
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
4. Interacciones entre organismos y ambiente
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
4. Interacciones entre organismos y ambiente
Abundancia
Relación especies/abundancia
Relación tamaño corporal/abundancia
Fuente: By Aedrake09, Public Domain,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6552419
Velo de
Preston
Fuente: By CNX OpenStax, CC BY 4.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=49938598
Factores ambientales
• Condiciones
• Temperatura
• pH
• Salinidad
• Vientos y corrientes
• Recursos
• Radiación
• Agua
• Oxígeno
• CO2
• Nutrientes minerales
• Espacio y hábitat
• Alimento
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
4. Interacciones entre organismos y ambiente
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)
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
4. El ajuste entre los organismos y su ambiente
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
Concepto de nicho ecológico
Nicho fundamental y nicho efectivo
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
4. El ajuste entre los organismos y su ambiente
Gradiente ambiental
(disponibilidad de un recurso)
Dimensión 1
Dim
ensi
ón 2
Concepto de nicho ecológico
Solapamiento entre nichos y coexistencia
Similitud limitante
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
4. El ajuste entre los organismos y su ambiente
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).
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
Recursos
dedicados
a la
reproducción
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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
Adaptada de Begon et al. (1988)
Recursos
dedicados
a la
reproducción
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6
Cre
cim
iento
ind
ivid
ual
Iteroparidad continua
Iteroparidad
superpuesta
Anual iterópara
Adaptada de Begon et al. (1988)
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.
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1433661
Las transiciones están referidas a un periodo de tiempo
determinado, generalmente un año
Dinámica de poblaciones
Modelo general (poblaciones con pulso reproductivo)
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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)
Dinámica de poblaciones
Modelo exponencial
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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
Dinámica de poblaciones
Modelo logístico (denso-dependiente)
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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]
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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.
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
Clásica
(Levins)
Fragmentaria
Continente – islas
Fuente – sumidero
No equilibrio
Interacción entre dos poblaciones
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de 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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
5. Ecología de poblaciones
Manadas de herbívoros en Masai Mara (Kenia)
© Matt Scobel, CC BY 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=71282361
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
Ecología II – Tutoría 1. Introducción a la Ecología
6. Comunidades, ecosistemas y ecología global