AUTOEVALUACIÓN - Capítulo 52. Dinámica de poblaciones: El número de organismos

Cuestionario:

Distinga entre los siguientes términos: crecimiento exponencial/crecimiento logístico; factores limitantes/capacidad de carga; factores densodependientes /factores independientes de la densidad; especies oportunistas/especies en equilibrio.
Un antiguo acertijo francés dice: "Los nenúfares de cierto estanque crecen de tal manera que cada día cubren el doble de superficie que el día anterior. El tamaño del estanque es tal que los nenúfares lo cubren por completo al cabo de 30 días. ¿Qué día estará cubierta la mitad del estanque? ¿Qué día la décima parte? ¿Qué día la centésima? " ¿Qué relación tiene este acertijo con la ecología humana?
Suponga que usted tiene una “granja” en la que cría, cosecha y vende peces comestibles de agua dulce. El crecimiento de la población de peces es logístico. Por supuesto, usted deseará obtener rendimientos máximos de su "granja" en un cierto número de años. Para asegurar esto, ¿qué tamaño debe usted permitir que alcance la población antes de comenzar a cosechar? Identifique el punto en la curva de crecimiento logístico (figura 52-4) en el cual usted debería comenzar la cosecha. ¿Hasta qué tamaño debe permanecer la población sin ser cosechada? Identifique el punto en la curva en el que usted no debería extraer más peces de la población. Además del patrón de cosecha, existen otros factores que afectarán los rendimientos obtenidos. ¿Cuáles son algunos de esos factores y de qué manera podrían ser regulados para aumentar más los rendimientos?
¿Cuál sería el aspecto de la curva de supervivencia de una población de plantas anuales? ¿Y de automóviles? ¿De salmones? ¿De mariposas? ¿De platos en un lavaplatos?
Nótese que en las tres primeras gráficas de la figura 52-7 hay una marcada diferencia en la proporción de individuos mayores de 80 años, pero el eje vertical no se ha alargado apreciablemente ¿Qué sugieren estos datos? ¿La gráfica de estructura de edades de la India (fig. 52-6) apoya su conclusión?
Distinga entre patrones de distribución espacial al azar, agrupada y regular, y dé un ejemplo de cada uno de ellos. ¿De qué manera la escala en que se estudien estos organismos afecta el patrón de distribución?
Describa el diseño de un experimento de laboratorio que pruebe la hipótesis de que los arvícolas de campo que viven en una población de alta densidad se reproducen con una tasa menor que los que viven en una población de baja densidad.
Explique de qué manera cada uno de los siguientes factores afectarían la tasa de crecimiento de una población: la edad de la primera reproducción; el tiempo entre generaciones; la mortalidad prerreproductiva; la mortalidad posrreproductiva; la longitud del período de cuidado parental.
Imagine una especie hipotética en la cual un determinado individuo vive sólo 48 horas y produce sólo dos hijos. ¿Cómo es posible que este individuo pueda lograr una mayor eficacia biológica que un individuo de vida más larga que produzca 100 hijos? Explíquelo en términos evolutivos.

Respuestas:

1. Distinga entre los siguientes términos: crecimiento exponencial/crecimiento logístico; factores limitantes/capacidad de carga; factores densodependientes /factores independientes de la densidad; especies oportunistas/especies en equilibrio.

El crecimiento exponencial es característico de las bacterias o protozoos cultivados en laboratorio, o de las explosiones estacionales de las algas. En el crecimiento exponencial, expresado por la ecuación

dN / dt = rN

el crecimiento de la población comienza lentamente y luego aumenta rápidamente. Posteriormente es seguido por una caída de la población. El crecimiento logístico, que es uno de los patrones más simples observados en la naturaleza, se expresa por la ecuación

dN / dt = rN [(K – N) / K]

K representa la capacidad de carga del ambiente, es decir, el número de individuos en una población particular que puede ser soportado por el ambiente en un período determinado de tiempo. El crecimiento logístico comienza despacio, después se acelera rápidamente, gradualmente decrece su velocidad a medida que se alcanza la capacidad de carga y, eventualmente, se estabiliza con una tamaño poblacional que oscila alrededor del máximo número de individuos que ese ambiente puede soportar.

Los factores limitantes son aquellos que determinan si una población puede crecer en un determinado ambiente. Los factores limitantes más importantes son la luz, la temperatura, el agua disponible, la salinidad, el sitio para anidar, y la escasez o el exceso de los nutrientes requeridos. La capacidad de carga de un ambiente es el número de individuos en una determinada población que el ambiente puede soportar en un determinado lapso. Está determinada en un alto grado por factores limitantes densodependientes.

Los factores densodependientes son factores limitantes que varían con el tamaño de la población, y que ejercen efectos sobre la tasa de nacimiento o la de mortalidad. Por ejemplo, la humedad, los nutrientes minerales y la luz solar (para las plantas), la comida (para los animales), y el espacio, son todos factores densodependientes. Los factores densoindependientes son factores limitantes que ejercen su influencia de manera independiente de la densidad de la población. Estos efectos están generalmente asociados con disturbios ambientales, a menudo relacionados con las condiciones climáticas.

Las especies oportunistas, las cuales están bien adaptadas a los hábitats con disturbios o a la colonización de nuevos hábitats, generalmente se caracterizan por reproducirse en un determinado momento, y porque los jóvenes maduran rápidamente y reciben muy poco (o ningún) cuidado de los padres. Las especies en equilibrio, bien adaptadas a hábitats estables, generalmente se caracterizan por reproducciones repetidas de unos pocos jóvenes grandes en un determinado momento. Los jóvenes maduran lentamente y reciben cuidados intensivos por parte de los padres.

2.Un antiguo acertijo francés dice: "Los nenúfares de cierto estanque crecen de tal manera que cada día cubren el doble de superficie que el día anterior. El tamaño del estanque es tal que los nenúfares lo cubren por completo al cabo de 30 días. ¿Qué día estará cubierta la mitad del estanque? ¿Qué día la décima parte? ¿Qué día la centésima? " ¿Qué relación tiene este acertijo con la ecología humana?

La relevancia del acertijo para la ecología humana es su recordatorio de que mientras más grande es la población, más rápidamente crece, y la ocupación del ambiente hasta su capacidad, y el agotamiento de sus recursos, puede llegar con asombrosa velocidad. En el ejemplo del estanque de nenúfares para el día 23 de los 30 días especificados, las plantas cubrían solamente un 1/128 de la superficie. El día 27 cubrían 1/8 de la superficie, el día 29 cubrían ½ del estanque, y el día 30 la superficie completa. A pesar del hecho de que el suelo está casi agotado en diversas partes del mundo, y que aproximadamente ¼ de la población humana vive en la inanición, generalmente actuamos como si el espacio y los recursos fueran ilimitados. Dado el gran tamaño de la población actual, las altas tasas de reproducción pueden determinar altos incrementos en la población humana.

3.Suponga que usted tiene una “granja” en la que cría, cosecha y vende peces comestibles de agua dulce. El crecimiento de la población de peces es logístico. Por supuesto, usted deseará obtener rendimientos máximos de su "granja" en un cierto número de años. Para asegurar esto, ¿qué tamaño debe usted permitir que alcance la población antes de comenzar a cosechar? Identifique el punto en la curva de crecimiento logístico (figura 52-4 del libro) en el cual usted debería comenzar la cosecha. ¿Hasta qué tamaño debe permanecer la población sin ser cosechada? Identifique el punto en la curva en el que usted no debería extraer más peces de la población. Además del patrón de cosecha, existen otros factores que afectarán los rendimientos obtenidos. ¿Cuáles son algunos de esos factores y de qué manera podrían ser regulados para aumentar más los rendimientos?

La cosecha de la población debería comenzar en el punto 3 de la curva logística de crecimiento, en el punto en el que la tasa de crecimiento comienza a decrecer. Cualquier crecimiento posterior de la población no sería significativo y no incrementaría el rendimiento.

Usted no debería cosechar la población por debajo del punto en el cual comienza el rápido crecimiento poblacional. Este es el punto 2 de la curva de crecimiento logístico. Si la población es cosechada hasta este punto (y no más allá) el crecimiento rápido continuará y la población pronto estará en el punto en el cual puede ser cosechada de nuevo.

Lo más significativo que usted puede hacer para incrementar los rendimientos sería incrementar la capacidad de carga del ambiente (probablemente aumentando la disponibilidad de alimento y/o incrementando el tamaño de los estanques en los cuales los peces crecen). También sería muy importante el asegurar la disponibilidad de adecuados niveles de oxígeno para los peces, y seguir todos los pasos necesarios para evitar la acumulación de sustancias tóxicas de desecho en el agua. También debe tenerse en cuenta la estructura de edades de la población para poder maximizar los rendimientos; los peces que todavía no han alcanzado la edad reproductiva no deben ser cosechados, ni tampoco aquellos que están en su máximo potencial de reproducción. Se deben cosechar solamente aquellos peces que han tenido tiempo para reproducirse.

4.¿Cuál sería el aspecto de la curva de supervivencia de una población de plantas anuales? ¿Y de automóviles? ¿De salmones? ¿De mariposas? ¿De platos en un lavaplatos?

Todas las curvas presentarían esta forma:

La curva de crecimiento logístico se representa con una curva sigmoide, o en forma de S. Como ocurre con el crecimiento exponencial, hay una fase de establecimiento inicial en que el crecimiento de la población es relativamente lento (1), seguido de una fase de aceleración rápida (2). Luego, a medida que la población se aproxima a la capacidad de carga del ambiente, la tasa de crecimiento se hace más lenta (3 y 4) y finalmente se estabiliza (5), aunque puede haber fluctuaciones alrededor de la capacidad de carga.

5.Nótese que en las tres primeras gráficas de la figura 52-7 del libro hay una marcada diferencia en la proporción de individuos mayores de 80 años, pero el eje vertical no se ha alargado apreciablemente ¿Qué sugieren estos datos? ¿La gráfica de estructura de edades de la India (fig. 52-6 del libro) apoya su conclusión?

Los datos sugieren que la máxima longevidad para los humanos está apenas por encima de los 80 años y que, dado que las condiciones de vida (en particular la nutrición y el cuidado médico) han mejorado en los Estados Unidos durante este siglo, una proporción creciente de la población ha vivido hasta ese límite. El gráfico de estructura de edades de la India, un país en el cual gran parte de la población permanece en niveles de subsistencia, con un sistema de salud relativamente pobre, apoya estas conclusiones. Una pequeña proporción de la población llega a los 80 años de edad, y la tasa de mortalidad es elevada en todos los niveles.

6.Distinga entre patrones de distribución espacial al azar, agrupada y regular, y dé un ejemplo de cada uno de ellos. ¿De qué manera la escala en que se estudien estos organismos afecta el patrón de distribución?

En un patrón de dispersión al azar, el espaciamiento entre individuos es irregular, y la presencia de un individuo no afecta directamente la ubicación de otro individuo. En un patrón de dispersión agrupado los individuos están dispuestos en parches, y la presencia de un individuo incrementa la probabilidad de encontrar otro individuo en su proximidad. En un patrón regular los individuos están igualmente espaciados unos de otros, y la presencia de un individuo disminuye la probabilidad de encontrar otro individuo en sus proximidades. Una gran variedad de ejemplos se puede dar para cada uno de estos patrones.

Dado que muy pocos organismos son capaces de ocupar todos los ambientes teóricamente abiertos para ellos (es decir, todos los ambientes de agua dulce, todos los ambientes marinos, o todos los ambientes terrestres), una escala suficientemente amplia revelará un patrón de dispersión agrupado para virtualmente todos los organismos. Si uno reduce la escala, por ejemplo, al rango completo de una especie en particular, el patrón observado es todavía probable que aparezca agrupado, primariamente por las variaciones en el ambiente físico. Sin embargo, si la escala es luego reducida a los hábitat particulares ocupados por la especie, uno puede observar alguno de los tres patrones. Si, en una población que exhibe dispersión agrupada a esa escala, uno estrecha el foco todavía más (a agrupaciones específicas) se puede observar un patrón de distribución al azar o regular dentro de la agrupación.

7.Describa el diseño de un experimento de laboratorio que pruebe la hipótesis de que los arvícolas de campo que viven en una población de alta densidad se reproducen con una tasa menor que los que viven en una población de baja densidad.

Para llevar a cabo este experimento, uno debería instalar varias jaulas (al menos seis) en el laboratorio. En la mitad de las jaulas, se debería colocar igual número de adultos de ratones macho y hembra en una densidad aproximada a la que uno ha previamente determinado que es la densidad natural. En el resto de las jaulas, se debería colocar un igual número de ratones adultos machos y hembras a una densidad 10 veces de la del primer grupo de jaulas. Luego, uno esperaría y observaría, contando el número de nidos y el número total de crías producidos en las jaulas con “densidad natural” y con alta densidad. Si se producen más crías en las jaulas con “densidad natural” que en las de mayor densidad, se apoya la hipótesis de que los ratones que viven en una población de alta densidad se reproducen a una tasa menor que los ratones que viven en una población de baja densidad.

8.Explique de qué manera cada uno de los siguientes factores afectarían la tasa de crecimiento de una población: la edad de la primera reproducción; el tiempo entre generaciones; la mortalidad prerreproductiva; la mortalidad posrreproductiva; la longitud del período de cuidado parental.

Cuanto más temprana es la edad de la primera reproducción, mayor es la tasa de crecimiento de la población. En este caso, la tasa de crecimiento aumenta por tres razones: primero, reduce el tiempo entre generaciones, segundo, aumenta la probabilidad de que un individuo pueda sobrevivir y reproducirse, y tercero, extiende la vida reproductiva de los individuos. Cuanto más corto es el tiempo entre la producción de crías por la generación paterna y la producción de nuevas crías por las crías de la generación paterna, mayor es la tasa de crecimiento de la población. El aumento de la mortalidad prerreproductiva reduce la tasa de crecimiento de la población porque menos individuos sobreviven hasta reproducirse. La reducción en la mortalidad prerreproductiva aumenta la tasa de crecimiento porque más individuos sobreviven hasta reproducirse. La mortalidad posrreproductiva generalmente no tiene efecto en la tasa de crecimiento de la población porque no afecta el número de crías producidas en la población. Sin embargo, hay circunstancias en las que puede tener un efecto. En algunos grupos de organismos (incluyendo Homo sapiens), los individuos posrreproductivos participan en el cuidado de crías. Dado que tal cuidado aumenta la tasa de supervivencia y el futuro éxito reproductivo de esas crías, una disminución en la mortalidad posrreproductiva incrementaría la tasa de crecimiento de la población, en este caso un aumento en la mortalidad posrreproductiva disminuiría la tasa de crecimiento. La situación opuesta sucede cuando los individuos posrreproductivos compiten con los individuos en edad reproductiva o más jóvenes por recursos presentes en cantidad limitada; dado que los individuos posrreproductivos privan a los individuos reproductivos o prerreproductivos de los recursos necesarios, una disminución en la mortalidad de los individuos posrreproductivos disminuye la tasa de crecimiento de la población, y un aumento de la mortalidad post-reproductiva aumenta la tasa de crecimiento.

Generalmente, cuanto más largo es el período de cuidado parental, menor es la tasa de crecimiento de la población. Un aumento del cuidado parental en general significa un menor número de crías por par de padres; una disminución en el número puede ser un resultado de menos crías por apareamiento, un período de tiempo más largo entre apareamientos, o ambos.

9.Imagine una especie hipotética en la cual un determinado individuo vive sólo 48 horas y produce sólo dos hijos. ¿Cómo es posible que este individuo pueda lograr una mayor eficacia biológica que un individuo de vida más larga que produzca 100 hijos? Explíquelo en términos evolutivos.

El éxito reproductivo de un individuo está determinado por el número de crías que alcanzan la edad reproductiva y que luego también se reproducen. Si sólo una de las dos crías de los individuos de corta vida sobrevive hasta la reproducción, y ninguna de las 100 crías de los individuos de larga vida sobrevive hasta la reproducción, los individuos de corta vida tendrían un mejor ajuste que los de larga vida. Este es el caso, aunque los individuos de larga vida inicialmente producen muchas más crías.

El punto esencial es que, en ambos casos, el tiempo de vida de los individuos y el número de crías inicialmente producidas resultan irrelevantes.

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