Dinámica de poblaciones

Definición de dinámica de poblaciones

¿Qué se entiende exactamente por dinámica de poblaciones en biología? Una población es una convergencia de individuos de la misma especie que viven, interactúan y se reproducen en la misma región geográfica. La palabra dinámica significa fuerzas que producen cambios. ¡Combina las dos y obtendremos dinámica de poblaciones !

La definición de dinámica de poblaciones es la siguiente

Antes de iniciar nuestro debate sobre la dinámica de poblaciones, debemos repasar cierta terminología para visualizar mejor las interacciones de una población con su entorno (Fig. 1).

Características de la población

La dinámica de poblaciones observa los cambios en las propiedades físicas estáticas de las poblaciones. He aquí las principales características observables de las poblaciones:

• Tamaño

• Densidad

• Dispersión

• Distribución por sexos

• Distribución por edad

Tamaño

El tamaño es el recuento de individuos dentro de una población. Este recuento representa un punto concreto y único en el tiempo. Por tanto, al observar la dinámica de una población, necesitamos al menos dos puntos de datos en el momento A y en el momento B. En ecología de poblaciones, el símbolo común del tamaño de la población es la letra"N" mayúscula.

Densidad

Ladensidad es el número de individuos de una población por región.

Por ejemplo, una población muy densa de ardillas puede tener un individuo por metro cuadrado, mientras que una población más dispersa puede tener un individuo por kilómetro cuadrado.

Cuanto más densa sea la población, mayor será el nivel de competencia. Las múltiples ardillas del metro cuadrado pueden tener que luchar por la misma bellota. La densidad está fuertemente correlacionada con los factores bióticos que afectan al crecimiento de la población.

Dispersión

Ladispersión describe la distribución geográfica, o agrupación, de los individuos de una población (Fig. 2).

Esta propiedad es como la densidad, pero sutilmente distinta. Por ejemplo, un pájaro carpintero que vive en un bosque de hayas y arces vive en todo el bosque, pero puede agruparse en torno a la ubicación de los arces debido a su corteza blanda.

Distribución por sexos

La distribución porsexos se utiliza para describir la cantidad de individuos de una población que son machos y hembras.

En dinámica de poblaciones, contar los individuos de cada sexo que hay en una población puede ayudar a determinar la tasa de natalidad potencial máxima. Extrapolando el número de hembras reproductoras, se puede predecir el crecimiento de la población.

La distribución por sexos se describe sucintamente mediante una proporción de sexos, que es una fracción que representa el número de individuos de un sexo (por ejemplo, hembras) respecto a los individuos del otro sexo (por ejemplo, machos).

Distribución por edades

La distribuciónpor edades se utiliza para describir la cantidad de individuos de una población dentro de un grupo de edad concreto, ordenados en clases o cohortes. Una cohorte es un grupo de individuos de una población nacidos dentro del mismo marco temporal. La dinámica de poblaciones utiliza las cohortes para observar si una población es joven o vieja, si está en auge o en declive.

Modelos de Dinámica de la Población

Diagramas de estructura por edades

Durante los estudios sobre el crecimiento de la población, es posible que veas diagramas de estructura por edades. Los diagramas de estructura por edades (Fig. 3) son histogramas verticales que representan las cohortes de una población, separadas por grupos de edad y sexo.

A menudo, su forma es indicativa de una tendencia de crecimiento de la población. Por ejemplo, un diagrama de estructura por edades con forma de pirámide muestra un auge de individuos jóvenes, mientras que otro modelo que es más estrecho en la base es indicativo de una población envejecida con un bajo crecimiento demográfico.

Curva de supervivencia

Las curvas de supervivencia son otro modelo que muestra eficazmente la dinámica de las poblaciones. Las curvas de supervivencia representan el número de individuos (supervivientes) de una población en el eje y y la edad de los individuos en el eje x (Fig. 4).

El crecimiento de la población en las curvas de supervivencia tiende a seguir una de estas tres tendencias:

• Tipo I: Una población con una elevada tasa de mortalidad en la vejez. Las especies de tipo I suelen estar asociadas a una fuerte crianza.

• Tipo II: Una población con una mortalidad similar a lo largo de su vida.

• Tipo III: Una población con una alta tasa de mortalidad en la edad joven. Las especies de tipo III suelen realizar una crianza escasa o nula, prefiriendo en su lugar la cantidad a la calidad. Las especies que ponen múltiples huevos, como las poblaciones de ranas, son un ejemplo de especie de Tipo III.

Curvas de crecimiento

El tamaño de la población puede aumentar, por nacimiento o inmigración, o disminuir, por muerte o emigración.

Al hablar de dinámica de la población, las observaciones se hacen teniendo en cuenta el tiempo como escala. Estos cuatro factores se conocen como las tasas vitales de la dinámica de la población. Por tanto, podemos calcular el crecimiento de la población utilizando estas tasas vitales:

• La tasa denatalidad es el número de individuos que entran en una población por nacimiento, por unidad de tiempo.

• La tasa demortalidad es el número de individuos que salen de una población por defunción, por unidad de tiempo.

• La tasa deinmigración es el número de individuos que entran geográficamente en una población, por unidad de tiempo.

• La tasa deemigración es el número de individuos que salen geográficamente de una población, por unidad de tiempo.

La ecuación general para hallar la tasa de crecimiento de la población, simbolizada por una r minúscula, es

$growthrate=(birthrate+immigrationrate)\hspace{0.17em}-(deathrate+emigrationrate)$

o

$r=(B+\hspace{0.17em}I)-(D+E)$

En dinámica de poblaciones, representar gráficamente el tamaño de una población a lo largo del tiempo es un modelo eficaz para mostrar el potencial biótico de una población. El potencial biótico es la tasa máxima idealizada de crecimiento de la población, con poca o ninguna muerte o emigración. El modelo de dinámica de población resultante es un gráfico en forma de "J" que representa la curva de crecimiento expon encial (Fig. 5). En forma de ecuación, la curva de crecimiento exponencial se expresa así

$\frac{dN}{dt}=rN$

donde N = tamaño, t = tiempo y r = tasa de crecimiento.

Siendo realistas, una población alcanzará un tamaño tan grande que su ecosistema ya no podrá mantenerla. El tamaño máximo de la población está limitado por los factores abióticos y bióticos de un ecosistema, lo que se denomina capacidad de carga (K).

En dinámica de poblaciones, existe un modelo de tasa de crecimiento de la población que tiene en cuenta la capacidad de carga. La curva de crecimiento logístico (Fig. 6) es un modelo de dinámica de poblaciones con una curva en forma de "S", donde la capacidad de carga (K) se representa como el techo de la población, o tasa máxima de crecimiento de la población.

En forma de ecuación, la curva de crecimiento exponencial se expresa así

$\frac{dN}{dt}=rN\left[\frac{\left(K-N\right)}{K}\right]$

donde N = tamaño, t = tiempo y r = tasa de crecimiento, y K = capacidad de carga.

Dinámica de poblaciones en ecología

La dinámica de poblaciones tiene muchas aplicaciones prácticas en ecología. Los departamentos de pesca y caza controlan las poblaciones para garantizar la salud y la pesca y la caza. Las organizaciones agrícolas hacen un seguimiento de las poblaciones de plagas para proteger sus cultivos. Los grupos de protección medioambiental garantizan la supervivencia de las especies en peligro, amenazadas o vulnerables observando los cambios en el tamaño de las poblaciones.

Para que las poblaciones puedan sobrevivir en sus ecosistemas, tienen que adaptarse a los factores bióticos y abióticos de su entorno. Cuando la densidad de población y de comunidad es alta, hay mucha competencia y los recursos son escasos. Algunas especies destacan al competir por los recursos. Gastan mucha energía en ello y menos en reproducirse. Así, experimentan un crecimiento lento de la población y rara vez superan la capacidad de carga. Una especie seleccionada K tiene menos descendencia y experimenta un crecimiento lento de la población que sigue la curva logística de crecimiento. Los elefantes, las tortugas y los osos son ejemplos de especies seleccionadas por K.

Por otra parte, algunas especies no son buenas competidoras. Para compensarlo, estas especies han desarrollado un rápido crecimiento de la población durante los periodos de abundancia de recursos, cuando la competencia es menos necesaria. Estas especies seleccionadas r tienen un gran número de descendientes y experimentan un rápido crecimiento de la población en forma de curva de crecimiento exponencial, superando temporalmente la capacidad de carga del ecosistema. Las especies seleccionadas r suelen experimentar episodios de crecimiento de la población conocidos como auges, y luego colapsos. Los enjambres de ratones durante las épocas de crecimiento abundante o el desove del salmón durante la época de cría son ejemplos de especies r-seleccionadas.

Dinámica de la población humana

Los conceptos de dinámica de poblaciones se extienden a todas las especies, ¡incluso a las poblaciones humanas! La demografía es la aplicación de la dinámica de poblaciones a la especie humana. De hecho, la demografía se utiliza ampliamente en muchas otras ciencias, como la sociología, la ciencia política, la antropología o la geografía. La demografía utiliza una terminología propia para describir la dinámica de la población.

La demografía utiliza un modelo de transición demográfica (Fig. 7) para observar cómo evoluciona el crecimiento de la población humana durante largos periodos de tiempo. La mayoría de las veces, estos gráficos se utilizan para comparar las poblaciones humanas de dos o más países.

Hoja de trabajo sobre dinámica de poblaciones

Recuerda las siguientes ecuaciones para las curvas de tasas de crecimiento de la población.

Los dos modelos de dinámica de poblaciones representados por estas ecuaciones son la curva de crecimiento exponencial y la curva de crecimiento logístico, respectivamente. En esta hoja de trabajo, exploraremos cómo puede extraerse un modelo de dinámica de poblaciones a partir de los datos del tamaño de la población. Durante 12 semanas, un científico especializado en dinámica de poblaciones contó la población de dos especies de insectos, los Study Bugs y los Smarter Bugs. Los datos se recogen en la tabla siguiente. A partir de estos datos, obtendrás una tasa de crecimiento de la población (r).

1) Calcula el cambio en la población (N) sobre el cambio en el tiempo (t), o dN/dt. Rellena la columna correspondiente. ¿Puedes determinar cuál es la población cuya tasa de crecimiento se ve afectada por la capacidad de carga (K)? ¿Por qué?

2) Para las especies de la pregunta 1, ¿puedes determinar cuál parece ser la capacidad de carga (K)?

3) ¿Parece que los bichos de Estudio siguen un modelo de dinámica de población en forma de curva de crecimiento exponencial o de curva de crecimiento logístico?

4) ¿Los bichos de estudio parecen seguir un modelo de dinámica de poblaciones en forma de curva de crecimiento exponencial o de curva de crecimiento logístico?

5) Utilizando la ecuación de tu respuesta a la pregunta 4, determina la tasa de crecimiento de la población (r) y rellena la columna correspondiente. (Nota: la respuesta para "r" no será exactamente igual en cada fila, pero todos los cálculos resultantes deben aproximarse a un mismo valor)

6) Otro experimento de dinámica de poblaciones determinó el verdadero valor de K a 10 000 individuos. Utilizando la ecuación de tu respuesta a la pregunta 3, determina la tasa de crecimiento de la población (r) y rellena la columna correspondiente. (Nota: de nuevo, los valores de "r" divergirán ligeramente).

Respuestas de la hoja de ejercicios:

1) Error de estudio. El crecimiento de la población dN/dtdisminuye y se aproxima a cero a medida que aumenta el tiempo.

2) La población máxima parece ralentizarse en torno a los 70000 individuos.

3) Curva de crecimiento logístico

4) Curva de crecimiento exponencial

5) r = 4

6) r = 3