Biodiversitat - Tema 5 (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Biodiversitat
Año del apunte 2015
Páginas 17
Fecha de subida 21/03/2015
Descargas 27
Subido por

Vista previa del texto

BIODIVERSITAT TEMA 5: BIODIVERSITAT EN EL TEMPS Diversitat microbiana en els oceans  depèn de les abundàncies d’espècies i del mètode utilitzat (capacitat d’observació) El que és abundant en un territori poden ser estranyes en altres circumstàncies (canvi en el medi provocaran canvis en les espècies) Canviar l’abundància pot fer canviar els valors de l’índex de diversitat Al llarg del dia les espècies actives són diferents  canvia espècies detectades i les seves abundàncies Els ecosistemes canvien al llarg de l’any i de les estacions  canvis de biodiversitat amb el temps Perquè és útil saber els components temporals de la biodiversitat? Controls del medi  detenir extincions Fer prediccions evolutives (exemple: de canvi climàtic) Per exemple: per protegir una espècie  si és migratòria hi haurà d’haver protecció a tots els llocs per on es mou (convenis internacionals) Els ecosistemes són dinàmics: hi ha interaccions que fan canviar les abundàncies al llarg del temps Exemple: Model Lotka-Volterra: depredador i pressa Successió: és important conèixer tots aquests processos   Analitzar el sol: banc de llavors que hi ha en un territori I espècies que arriben dels territoris dels voltants Augment de la complexitat de l’ecosistema: augmenta la diversitat d’espècies i interaccions Evolució: també canvien les espècies que s’observen (registre fòssil). Els canvis evolutius són la base de les espècies que hi ha ara.
CREACIÓ DE DIVERSITAT: mecanismes   Anagènesi: canvis en el tipus (forma, característiques) d’espècies al llarg del temps, sense canvi en el nombre d’espècies. Tindran el mateix paper ecològic.
Cladogènesi: ramificació o radiació evolutiva que fa augmentar la diversitat. Nova riquesa 1 BIODIVERSITAT Quins mecanismes generen biodiversitat: (simultàniament) a) Geològics Canvi en la composició química de l’atmosfera     Atmosfera: o Aigua atmosfèrica es torna líquida o Disminueixen els gasos tòxics o Augmenta la concentració d’oxigen atmosfèric  gran extinció d’organismes anaeròbics i substitució per organismes aeròbics Deriva continental  fragmentació dels continents Vulcanisme Meteorits b) Genètics (diversitat genètica) Els gens són seqüències de nucleòtids en una determinada regió (locus) d’una molècula de DNA La diversitat genètica la representen els diferents al·lels i genotips presents en una població, espècie o conjunt d’espècies La diversitat genètica es descriu mitjançant els Polimorfismes, la Heterozigosi i la diversitat al·lèlica   Locus monomòrfics  sense variació Locus polimòrfics  presenten variació Heterozigosi i diversitat al·lèlica  més probabilitats de tenir individus heterozigots Nivells de diversitat genètica depenen dels grups: Taxa Vertebrats Total Mamífers Rèptils Invertebrats Total Insectes Plantes Total Heterozigosi (loci proteics) Hi ha espècies amb alta diversitat Depèn habitualment de la mida de la població: a més mida més diversitat.
0.064 0.054 0.090 Les espècies amb poblacions grans i que ocupen més territori solen tenir més diversitat que les espècies amb poblacions petites (territoris petits).
0.113 0.122 Espècies endèmiques en territoris petits solen tenir menys diversitat que les que ocupen més territori.
0.113 Expectatives de la supervivència dels individus, característiques morfològiques, de cicle vital Més diversitat sol donar maduracions abans, cicles de posta més llargs (més nombre de postes) i major nombre de fills 2 BIODIVERSITAT Dinàmica de gens: processos que intervenen:  Ganàncies de diversitat genètica: o o  Migració: aport de gens des de les zones colindants Mutació: en la replicació de l’ADN per la formació dels gàmetes Pèrdues gèniques: o Fecundació: selecció sexual  no tots els mascles fecundaran igual o Deriva genètica: no tots els gàmetes donaran zigot o Selecció zigòtica:    Competència pels recursos o la supervivència Adaptacions al medi físic Adaptació a malalties Permet canviar les característiques de les poblacions i les seves interaccions amb el medi.
Creació de diversitat genètica:   Recombinació Mutació: provoca nova forma al·lèlica que podrà persistir o no Són importants per generar biodiversitat sobretot si es donen en gens importants (forma del cos, gens de desenvolupament) Tipus de mutació segons el valor adaptatiu:     Letals Semiletals: desfavorables per al medi Neutres Avantatjoses: aporten eficàcia biològica al medi actual Quan el medi canvia poden esdevenir avantatjoses, els gens passaran a ser predominant en la població  resposta adaptativa i selectiva Les espècies acumulen diversitat genètica útil als processos adaptatius.
Exemple: adaptació dels pinçons de les Galàpagos, la disponibilitat de llavors va variant (mida i duresa) Diferents fenotips  processos adaptatius al tipus d’aliment  desplaçament del valor mig (procés adaptatiu) c) Ecològics:    Adaptacions al medi físic Interaccions Adaptacions fenotípiques: Dàfnies pues per evitar la depredació  si hi ha depredadors aquesta forma serà la més abundant.
No hi ha gens responsables d’aquestes formes  es pot induir amb extracte de depredador Els descendents surten amb pues Quan desapareix el depredador  descendents tornaran a la forma normal 3 BIODIVERSITAT Adaptacions al medi físic: diferents morfologies segons el medi on viuen   Medi marí: més estructures de protecció per a la depredació Aigua dolça: desapareixen tantes estructures de protecció (no hi ha tants depredadors) i apareixen adaptacions al medi i a l’aprofitament de recursos.
10000 – 15000 anys va haver-hi l’últim període post-glacial: va haver-hi les adaptacions al medi l’aigua marina a l’aigua dolça  procés d’adaptació ràpid Hi va haver la diferenciació entre les poblacions oceàniques i les continentals.
Els cromosomes que presenten alta diferenciació que es repeteixen en les tres poblacions.
Zones que han canviat en comú en les tres poblacions, zones susceptibles de tenir gens per a l’adaptació a l’aigua dolça.
Observació de diferències en els gens:    Estructures òssies: pues Boca: segons la zona on visqui i busqui recursos Funció del ronyó: osmoregulador (salinitat) Diferències entre les adaptacions a d’aigua dolça i els d’aigua marina.
Interaccions entre espècies: Tipus Espècie 1 Espècie 2 Neutralisme 0 0 Amensalisme Comensalisme Competència 0 0 - Interacció Interaccionen però no s’enteren - La que perjudica no s’entera + A vegades hi ha una associació d’espècies especifica, podria ser perquè els dos surten beneficiats - Exemple Penicillinum: no té intenció de perjudicar les altres espècies, creació d’antibiòtics que mata a les altres.
Rèmores que s’enganxen als taurons Es redueix l’eficàcia biològica a les dues espècies.
Amb el pas del temps hi ha separació dels nínxols.
Mutualisme + + Augmenta l’eficàcia biològica de les dues.
Intercanvien serveis o recursos.
Predació + - Una espècie s’alimenta d’una altra.
Parasitisme 4 Mimetisme mullerià en papallones: diferents espècies tòxiques amb patrons de pigmentació semblants, cooperen en l’aprenentatge del depredador.
BIODIVERSITAT Les dinàmiques poblacionals de presa i depredador estan connectades.
De què depenen les taxes de creixement: El depredador captura les preses i per tant afecta a la taxa de mortalitat de les preses També afecta a la taxa de natalitat del depredador Què dóna aquests models: a) Isoclina de presa: per sobre d’un determinat nombre de depredadors, les preses disminueixen.
b) Isoclina de predador: per sota d’un determinat nombre de preses els depredadors disminueixen.
Dóna cicles de pics de presa i depredador.
Després d’una pertorbació el model s’equilibra  model teòric Model Lotka-Volterra: cicles del linx Model presa depredador s’equilibren.
També serveix per l’herbivorisme i parasitisme.
Permeten mantenir les dues espècies en coexistència.
5 BIODIVERSITAT Problemes demogràfics: per sota d’un llindar d’individus es difícil de que es trobin els individus i de que es puguin reproduir, desapareix la població de preses.
Quan la població és molt gran també hauran de disminuir per la capacitat de càrrega del medi.
És un sistema estable Isoclina del depredador Isoclina de la presa Punts on les poblacions es mantenen estables La isoclina del depredador no està en el màxim de la isoclina de la presa  fan falta moltes preses perquè la població del depredador pugui augmentar.
Quan la isoclina del depredador està per davant de la isoclina de la presa vol dir que és un depredador molt eficient  quan hi ha poques preses la població del depredador sol augmentar Això provoca un desequilibri i l’extinció de la presa i conseqüentment la del depredador (quan només té un tipus de presa).
Hi ha adaptacions de la presa que fan que busqui refugi, per evitar ser capturat.
Adaptacions que creen diversitat (crear refugi): o o o o Espines Cuirasses Camuflatge Toxines: tenir mal gust Advertir al depredador de que és tòxic: coloració d’advertència  Coloració aposemàtica: avisar de que és tòxic  Mimetisme batesià: coloració que pot adoptar una altra espècie que no és tòxica per imitar a la tòxica.
Problema: si hi ha més no tòxiques que tòxiques el depredador no aprèn. Això limita la població, sempre a de ser menor que la tòxica.
Normalment imita a varies espècies tòxiques, així la població pot ser més gran.
6 BIODIVERSITAT Van marcant l’abundància de les espècies tòxiques. Provoca canvis en la dominància del fenotips de les no tòxics. Variabilitat fenotípica (diferent dominància).
 Mimetisme mullerià: dues espècies tòxiques per cooperar en l’aprenentatge del depredador.
La depredació pot ajudar a la coexistència de dues espècies que competeixen.
Quan no hi ha el depredador: o o Colonització dels musclos: més (competidor dominant) Desapareixen els percebes eficient Al depredador li agrada més el musclo Amb el depredador s’aconsegueix la coexistència de les tres espècies.
La reducció de la població de musclo permet que els percebes poden viure.
7 BIODIVERSITAT EXTINCIONS Manteniment de la diversitat biològica: hi ha aports i pèrdues.
Una espècie intenta ni desaparèixer i per això pren estratègies de supervivència i adaptació (amb altres espècies i amb el medi).
Extinció: catàstrofe o no adaptació al canvi ambiental Tots els organismes vius moren, tots els organismes tenen tendència a extingir-se.
Especiació (radiació): permet aparició de noves espècies.
La extinció és observable a escala humana.
o o o S’han descrit 1,5·106 espècies Infravalorat: sense contar els procariotes i arquees La vida mitjana d’una espècies és de 5-10·106 anys  la probabilitat d’extinció d’una espècie en un any seria: 1/(5-10·106)  cada 3-6 anys hauria de desaparèixer una de les espècies descrites Extincions massives: gran pèrdua     Escala global: lo que era abundant desapareix i una altra espècies passa a ser la dominant.
o Afectació de gran nombre d’hàbitats o Molts grups d’organismes afectats de manera simultània o Desaparició d’espècies abundants fins aleshores Després d’una extinció els forats ecològics són ocupats per noves espècies, canvis en les distribucions i les abundàncies.
Temps curt en escala geològica Causes: o Terra: activitat geològica, vulcanisme, deriva continental o Extraterrestre: caiguda de meteorits o Internes: evolució de bacteris o virus (possibles pandèmies), alteració ambiental induïda per una o varies espècies Probabilitat de supervivència: o Canvis tan ràpids que no són capaços d’adaptar-se o de migrar o Reajustament del rang de distribució (expansió) de les espècies que han sobreviscut.
Canvi de distribució  radiació adaptativa o Desprès es produeixen radiacions evolutives de nous grups dominants que ha sobreviscut EXTINCIONS MASSIVES Aparicio de CO2 atmosfèric: o o Extinció dels anaerobis, només queden reclosos en ambients extrems (arquees) Aparició dels aerobis 8 BIODIVERSITAT Disseny d’eucariotes: grans proves i moltes extincions Explosió de diversitat del Càmbric: es van crear molts grups i formes Després del Càmbric: 5 extincions massives Al llarg del temps el nombre de gèneres augmenta, però molts fílums desapareixen.
Augmenta la diversitat Extincions: la majoria es deuen a processos geològics del planeta C: cràters produïts per impacte de meteorits E: erupcions volcàniques Extincions segons les causes: 1. Ordovicià: no es coneix que hi haguessin meteorits ni erupcions volcàniques Podria ser per processos glacials: disminueix el nivell del mar i disminueix la temperatura 2. Pèrmic: C, E 3. Pèrmic: C, E 4. Triàsic: C, E 5. Terciari/Cretaci: C, E 9 BIODIVERSITAT Escala de temps de les extincions: 2 1 3 4 5 1 2 3 4 5 Extinció Ordovicià Devònic Pèrmic Triàsic Cretaci/Terciari Causes Glaciació de llarga durada i fluctuacions del nivell del mar? Impacte de meteorit? Meteorit, erupció? Reducció de l’oxigen? Supercontinent Pangea Meteorits, erupcions, canvi climàtic (augment de temperatura) Meteorit Erupcions? Partició de Pangea? Augment de la temperatura? Pèrdues Durada 12-50% de les famílies 14-30% de les famílies 65% espècies 70% espècies 10 Ma 3Ma < 50-60% de les famílies 12-35% de les famílies 90% d’espècies 65% d’espècies 10-50% de les famílies 60% d’espècies Suposat: 3-4 Ma? O molt més ràpida La del Pèrmic va ser la major extinció Pangea: contacte totes aquelles espècies que estaven separades, creen noves interaccions Cretaci: extinció dels dinosaures La sisena extinció: A escala global: A Austràlia: % extingits augmenta, marsupials pitjor competidors que altres mamífers En molts grups van augmentant les espècies amenaçades S’està produint a un ritme molt ràpid (temps curts) 10 BIODIVERSITAT L’agent causal de l’actual extinció sembla ser l’espècie humana.
Extinció d’espècies en territoris en que va arribar l’home. També coincideixen amb períodes glacials.
Principals causes de l’extinció actual d’espècies:      Caça: especialment grans mamífers de Nord-Amèrica i Austràlia Alteracions/destrucció de l’hàbitat directament produïdes per l’home: foc, ús agrari del territori, processament de les aigües Alteració/destrucció indirecta dels hàbitats: pol·lució atmosfèrica i de l’aigua, pluja àcida, forat de la capa d’ozó Canvi climàtic global: escalfament Introducció d’espècies invasores Futur? Es creu que podria ser molt semblant a l’extinció del Pèrmic. Les prediccions diuen que podrien desaparèixer el 90% de les espècies del planeta.
Diferencia: un dels agents causals (l’home) serà cronista, però també pot intentar evitar-la (intervenció).
Senyals abans de l’extinció: Els sistemes estan equilibrats (competència: separació de nínxols), es produeixen alteracions per arribada d’una nova espècie (exòtica/invasora) que provoca un desequilibri. Competència, predació.
Processos geològics (relativament lent):   Deriva continental Canvi climàtic (està passant més ràpid del previsible) MECANISMES D’EXTINCIÓ 1. Demogràfics: o o Les poblacions petites estan subjectes a processos aleatoris que dificulten la reproducció i el reclutament Però també pot ocórrer l’efecte Allee: en poblacions petites augmenta l’eficàcia biològica dels seus membres (recuperació de les poblacions). Els pocs supervivents que queden cooperen entre ells per la supervivència de l’espècie. A mides més petits de la població més alt és l’efecte Extinció i demografia: Més alta la mortalitat que la natalitat: menys persistència Com més petita és la diferencia entre natalitat i mortalitat més temps trigarà en desaparèixer la població.
11 BIODIVERSITAT Temps de persistència: Les poblacions més grans són més persistents.
2. Genètics: Les disminucions de les grandàries poblacionals provoquen la pèrdua de gens i una disminució de la resposta adaptativa de les espècies.
Es donen colls d’ampolla que intensifiquen els processos de deriva Pèrdua d’al·lels i canvis de freqüències Els cens d’una poblacio determinada en certa manera els seus nivells de variabilitat genètica.
Les poblacions grans s’espera que tinguin majors nivells de variacio que les petites.
A: riquesa al·lèlica H: heterozigosi Espècies amenaçades: pèrdua de riquesa al·lèlica que crea heterozigosi. Pot afectar a al·lels importants per processos adaptatius.
12 BIODIVERSITAT Deriva genètica: En poblacions petites: augmenten l’efecte de la deriva genètica. Al·lels que desapareixen, es manté un tipus d’al·lel  fixació d’1 al·lel. Cada vegada els individus són més semblants genèticament.
En poblacions més grans: es mantenen tots els al·lels, fluctuacions de les freqüències.
Dt/D0 = (1-(1/2Ne))t Grandària efectiva (Ne):   Número d’individus d’una població ideal que és manté estable (equilibri de Hardy Weinberg) i amb els mateixos nivells de diversitat genètica que els observats en la població real.
Població ideal: tots els individus tenen la mateixa eficàcia (competència, supervivència i reproducció).
Paràmetre genètic que defineix la grandària vàlida d’una població a efectes evolutius Cens: hi ha individus que no tenen com a mida efectiva de la població No tots els individus són transmissors de gens: o o Immadurs Senescens Relació entre el cens i la grandària efectiva:   En general Ne < N Grandària efectiva ronda el 25% i 40% Diversos factors determinen el valor de Ne: o Proporció sexual o Variància en la descendència: número de fills o Fluctuacions de la grandària de la població o Capacitat de dispersió dels individus o Estructura d’edat (generacions solapades: generació paterna pot reproduir-se amb la filial, perquè conviuen en el mateix territori) A la pràctica tots aquests factors i d’altres interactuen per definir Ne que en general és molt més petit que el Cens.
Alguns estimadors suggereixen que els Ne es situen entre 1/4 i 2/5 parts dels cens de la població.
Gens eliminats per deriva:   En general la probabilitat de que un gen sigui eliminat d’una població per deriva gènica depèn de la seva freqüència en la població. Si la freqüència és baixa, la probabilitat de que desaparegui el gen és alta.
Però en les poblacions els gens de resistència a nous patògens es troben en baixa freqüència i són ràpidament eliminats en els colls d’ampolla.
13 BIODIVERSITAT   Les poblacions petites són susceptibles a sucumbir per causa de nous patògens En les espècies vegetals, la deriva també redueix el nombre dels al·lels d’autoincompatibilitat (augment de l’autofecundació) reduint la fertilitat de les poblacions.
Aflora l’homozigosi per gens amb capacitat reduïda, disminueix l’eficàcia biològica.
En quines situacions la grandària pot ser petita?  Catàstrofes: o o  Reducció de recursos: o o o  En els nivells superiors de les xarxes tròfiques arriba menys energia/nutrients, les espècies que els ocupen sovint tenen poblacions reduïdes Fragmentació de l’hàbitat: o  Disminueix la capacitat de càrrega dels ecosistemes i per tant la grandària de les poblacions En ocasions són oscil·lacions cícliques de la dinàmica de les poblacions Es produeixen colls d’ampolla Nivells superiors de les xarxes tròfiques: o  Una catàstrofe natural pot eliminar a molts exemplars d’una població La població pateix un fort coll d’ampolla: pèrdua d’espècies i especiació On hi havia una única població gran es generen diversos grups de grandàries reduïdes Sobreexplotació: o Moltes espècies animals i vegetals són explotades per l’home directament des de les poblacions naturals demogràfiques poc conegudes.
Migradors (m) i grandària efectiva (N): N m Petita gran Baixa Poblacions tancades Clines Alta Patró en mosaic Poblacions obertes Clines: gens molt abundants en un territori uns al·lels prosperen en unes poblacions i altres en altres  aïllament per distància.
1 Freqüències al·lèliques A1 A2 Ne 0 Clina geogràfica 14 BIODIVERSITAT Població petita: els migradors fan augmentar la població (substitueixen l’espècie en el territori) i aporten nous gens.
Les espècies amenaçades solen ser poblacions tancades, de pocs efectius i poblacions aïllades.
Espècies amenaçades: sovint només quan els censos són baixos s’actua per a protegir les espècies.
Exemple: en la població del xoriguer de Mauritius (Falco punctatus) el nivell d’heterozigosi va passar de 0,23 a 0,10 (reducció d’un 57%). Al 1974, la població era de només 4 individus.
Poblacions en captivitat: problemes d’espai i diners obliguen a reduir el nombre d’exemplars mantinguts en captivitat. No hi ha capacitat d’intervenció per mantenir-les a llarg termini.
Mínima població viable (MVP): Número mínim d’individus necessaris per assegurar la supervivència de la població durant un temps determinat.
Les pèrdues de variabilitat per selecció i deriva han de poder ser compensades per la mutació.
MVP: per no gastar pressupostos (recursos) per sobre del que es disposa.
Exemple: Puma (Felis concolor): considerat una MVP de 500 individus, necessitem 13000 Km2 per conservar (Yellostone té 9000 Km2, Catalunya en té 32000 dels quals 10500 són PEIN). Menys del 5% de totes les reserves mundials superen els 10000 Km2.
A més la supervivència està també limitada per les relacions ecològiques que s’estableixen entre les diferents espècies.
La majoria de reserves tenen grandàries insuficients per mantenir poblacions viables el futur de moltes espècies és la seva extinció.
Exemple: la reserva del Serengueti (Tanzània, 14000 Km2) manté una població de 2000 lleons, però no hi ha futur per la població de gossos salvatges o licaons (extingida als anys 90?).
Consanguinitat (F):   És la probabilitat de que dos gens d’un individu siguin idèntics per descendència (F) Apareix quan s’encreuen dos individus emparentats Augmenta la probabilitat d’individus homozigots idèntics.
Es poden augmentar les freqüències d’al·lels deleteris. Aquests individus tenen baixa eficàcia biològica, fenotips problemàtics, característiques no desitjades i disminució de la supervivència.
Depressió per consanguinitat 15 BIODIVERSITAT Nivells de consanguinitat assolits en encreuaments entre individus amb parentiu: Encreuament F Autofecundació 1/2 Entre germans 1/4 Entre germanastres 1/8 Entre cosins 1/16 (1/32 si són mig cosins) Oncle - nebot 1/8 (1/16 si només tenen un ancestre comú) L’experiència en selecció artificial suggereix que F > 0.03 poden ser problemàtiques.
Exemple: mortalitat juvenil, no arriben a l’edat reproductiva La mortalitat juvenil augmenta quan hi ha consanguinitat.
La consanguinitat complica les estratègies de recuperació de l’espècie.
Introducció de gens exòtics: Continent – illa Model de migració: canvi de freqüències gèniques Amb el pas de les generacions: (1-m)tq0 tendeix a 0: la població acabarà sent substituïda per els individus que venen de fora 16 BIODIVERSITAT Exemple: llop d’Etiòpia Població Freqüència al·lel J Salvatge (pura) 1.00 (q0) Hibrida 0.78 (q1) Gos domèstic 0.00 (qm) Un 22% del genoma pertany al gos domèstic (problemes perquè s’escapen els animals domèstics).
Poc a poc van reemplaçant el genoma (substitució).
Els individus sempre hi són: es veuen petits canvis.
El vòrtex de l’extinció: Baixa grandària efectiva: la població redueix molt els seus efectius i per això es veurà molt afectada per processos de deriva gènica.
Consanguinitat: problemes de reclutament, es perden gens.
Disminueix la supervivència perquè estan mal adaptats.
La mida petita de la població es manté en el temps, els problemes de consanguinitat van augmentant. Amb el pas del temps la població desapareixerà (extinció).
17 ...