Tema 3: Poblacions i demografia (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 2º curso
Asignatura Ecologia
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 20/03/2016
Descargas 26
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 3: POBLACIONS I DEMOGRAFIA DEMOGRAFIA I DINÀMICA DE POBLACIONS   Dinàmica de poblacions: canvis en la mida o densitat de les poblacions al llarg del temps. Poden haver poblacions que no variïn pràcticament res durant molts anys i que a partir d’un any, la població es dispari, com en el cas de les plagues. En canvi, hi ha d’altres, com la dels goril·les de muntanya, que era pràcticament estable, i que en començar a créixer l’espècie humana, decau.
Demografia: conjunt de tècniques d’estudi de la dinàmica de les poblacions.
Poblacions Des d’una perspectiva ecològica, una població és un conjunt d’individus d’una mateixa espècie, reproductors o no, que ocupen un determinat espai en un determinat moment del temps, i que interaccionen entre ells (reproducció, competició per recursos, etc). Des d’una perspectiva genètica, és el conjunt d’individus que comparteixen un determinar pool genètic i contribueixen a la nova generació (població efectivament reproductiva  “deme”). La definició genètica només és vàlida per organismes amb reproducció sexual.
Podem estudiar l’abundància de les poblacions a través d’estudiar la mida poblacional, i la seva densitat. La mida poblacional és el nombre total d’individus de la població, i la densitat és el nombre d’individus per unitat de superfície (densitat absoluta).
PROCESSOS DEMOGRÀFICS BÀSICS L’equació bàsica de dinàmica poblacional que mesura la densitat de la població, té en compte la densitat inicial, la natalitat i la immigració, que afavoreixen un increment de la densitat; i la emigració i la mortalitat, que la disminueixen. { D = D0 + N – M + I – E } ESTIMES POBLACIONALS: MÈTODES ABSOLUTS I RELATIUS Per mesurar la densitat, podem utilitzar dos tipus de mesura: - - Mesures absolutes: són comptatges totals, mètodes de mostreig en l’espai (parcel·les o quadrats) i en el temps (MRR). Són útils en estudis d’espècies amenaçades, i també per estimar paràmetres poblacionals. Donen una estima d’individus totals de la població.
Mesures relatives: són mesures estimades amb mètodes que tenen una relació desconeguda (no se sap si és constant) amb les mesures absolutes (comptatges amb transsectes en programes de monitoreig). Són útils per avaluar canvis temporals o per establir diferències espacials entre poblacions. A vegades no necessitem saber el número d’individus de la població, i llavors utilitzem aquestes mesures.
Mètodes absoluts Censos de població en l’espai: comptatges directes i parcel·les En els casos en que no és possible saber el número total d’individus d’una població (la majoria de vegades), només es compta una proporció de la població, i s’utilitza per estimar la mida total. S’utilitzen parcel·les o quadrats, que són unitats de mostreig de mida coneguda, i després s’extrapola el comptatge promig a la totalitat de l’àrea ocupada per la població. Quan establim parcel·les o quadrats, s’ha de tenir en compte la forma, la mida i el número de parcel·les que hem de comptar per obtenir estimes exactes i precises, i la seva distribució dins l’àrea d’estudi (parcel·les representatives, mostreig aleatori simple i estratificat).
1 Quadrats de vegetació Un altre mètode seria el de marcar, alliberar i recapturar (MRR: Mark, Release, Recapture). Consisteix a capturar una sèrie d’individus de la població de la que volem estimar la mida, i cada un dels capturats, marcarlo (identificar-los amb un número concret, per exemple). El marcatge és diferent per cada espècie. Després, els alliberem, i al cap d’uns dies, tornem i recapturem uns quants individus més. En aquesta nova captura, mirem quants individus marcats hem agafat i podem estimar el número d’individus de la població. Gràcies a aquest tipus d’estudi, si fem mesures en dos èpoques diferents de l’any i de com varia la mida de la població a mesura que passen els anys, podem fer mapes per establir la migració.
Mètode de Petersen-Lincoln És el mètode més senzill. En un primer moment es captura una mostra d’individus, es marquen i s’alliberen.
En una segona visita, tornem a fer una captura i en funció dels que hem recapturat, podem aproximar la població. L’estima del nombre poblacional es basa en què la proporció d’individus marcats a la població serà la mateixa en la primera i la segona ocasió i, per tant, la mateixa en la població total N/M=n/R (N: mida de la població que volem estimar; M: núm d’individus capturats i marcats el primer cop; n: núm d’individus capturats el segon cop; R: núm d’individus marcats recapturats el segon cop).
Per poder aplicar aquest mètode, hem de fer 4 assumpcions:     Els animals marcats no es veuen afectats pel fet d’haver estat marcats i, per tant, la probabilitat de capturar un animal marcat és la mateixa que la de capturar un animal no marcat.
Les marques són duradores.
Els animals marcats es barregen homogèniament en la població quan són alliberats.
La mida de la població es manté invariable mentre dura l’experiment (no hi ha migració, ni naixements, ni morts). Assumim que la població és tancada.
Mètode de Schnable Quan és difícil capturar els animals, el mètode anterior pot donar lloc a estimes molt esbiaixades. En aquests casos, es pot millorar l’estima a partir de múltiples sessions de marcat i recaptura. En una primera sessió, els individus es marquen i s’alliberen. En les successives sessions de captures, s’enregistra el número d’individus marcats i no marcats, i aquests darrers es marquen i s’alliberen. Amb això, el número d’individus marcats dins de la població augmenta progressivament i les estimes es tornen cada cop més acurades (més properes al valor real) i més precises (amb dispersió menor). La mida de la població (Ni) per a cada moment de captura (i), s’estima com el sumatori de la multiplicació del número d’individus capturats a la mostra i (ni), per el número d’individus marcats de cada mostra i (Mi); dividit entre el número d’individus capturats a la mostra i (ni), per el número d’individus marcats recapturats a la mostra i (Ri). És un mètode més intensiu.
Mesures relatives-programes de monitoreig i tendències poblacionals Les mesures relatives permeten relacionar oscil·lacions, extincions o aparicions d’espècies, amb canvis de clima, ambients, etc, i ens permeten saber com varia la població al llarg del temps (tendència poblacional).
Són molt utilitzades amb programes de monitoreig, com per exemple un programa de monitoreig que sigui a gran escala i a gran termini. Els programes de monitoreig consten d’una ruta que ha de seguir un investigador i a on ha de fer un recompte dels individus cada cert temps. A Catalunya hi ha moltes estacions de mostreig que un cop a la setmana fan un cens de les papallones. Els cens són uns transsectes (rutes d’uns dos km de llargada), i es compten totes les papallones que hi ha. Això també es fa amb els ocells. Aquest programa ja fa 23 anys que funciona. La cobertura és molt gran i això permet tenir unes idees sobre el que està passant al territori. No podem aplicar el temps necessari per tenir una mesura absoluta, però gràcies a aquest mètode podem tenir una idea de totes les especies que hi ha.
2 Exemple: estudiem com evolucionen dos poblacions de papallones en una localitat concreta al llarg del temps.
Representem l’índex d’abundància relatiu, que ens diu com està la població (escala logarítmica), en funció dels anys. En aquest exemple, l’any 2007 la població d’una de les dos papallones (vermell) es col·lapsa, i al 2011 s’extingeix. L’altre espècie va creixent s’estabilitza. En aquest cas, a més, totes les dades s’integren en una sola mesura que ens diu quin és el nivell poblacional a nivell de Catalunya.
Transsectes per estimar densitats El tipus de mesura relativa és molt variat i depèn de la biologia de les especies. Per exemple, tenim una papallona que hem estat estudiant als aiguamolls de l’Empordà, que en estat de larva és mutualista amb les formigues. Les larves secreten unes substàncies (aminoàcids i sucres) que les formigues utilitzen com a aliment, i les formigues les protegeixen de depredadors. La relació és tan forta que si no hi és la formiga, les densitat de papallones són tan baixes que desapareixen. Les erugues de papallones agafen les formigues i les porten al niu i surten per les nits. Les erugues fan les crisàlides al niu, i la papallona surt del niu.
Si volem saber quins factors condicionen l’abundància de l’espècie, necessitem elements per gestionar l’hàbitat, com per exemple la presència de la planta nutrícia (censos absoluts); i per gestionar la densitat de les formigues (mètode relatiu), ja que en aquesta zona hi ha prats amb moltes plantes nutrícies, però d’altres que quasi no en tenen. Un sistema que van pensar va ser disposar d’una mesura de la densitat de les formigues per poder relacionar-ho. Es va veure que l’abundància relativa de la papallona varia segons el prat degut a una major o menor abundància de les plantes nutrícies. Per determinar la densitat de les formigues, es van dipositar eppendorfs (uns 400) amb una barreja de gel i sucres al llarg d’un transsecte. Cada 2 metres hi havia un eppendorf. Es deixaven una hora, i es recollia, i a partir dels pots es determinava l’abundància relativa de la formiga.
QUÈ ÉS UN INDIVIDU? En molts casos és trivial. Un organisme pot ser unitari, si té un creixement determinat i, per tant, una mida i una forma poc variables; o pot ser modular, quan el seu creixement és indeterminat (mida i forma molt variable), està composat per un nombre variable de peces relativament independents (mòduls) que en algunes espècies es poden independitzar (ramet) i donar lloc a nous individus (com en els coralls). Alguns exemples d’organismes modulars són les plantes, els coralls, etc.
En funció de si parlem d’organismes unitaris o modulars, el concepte d’individu genètic te més o menys sentit.
Un individu genètic (genets) és corresponent al zigot original, per tant, coincideix amb un organisme unitari.
En canvi, els organismes modulars, els seus mòduls, no coincideixen amb un individu genètic, de manera que quan fem una estima de la mida poblacional amb organismes modulars, moltes vegades no ens interessa comptar l’individu genètic, si no les peces independitzades perquè són les que ens interessen en processos de competències, etc. Aquestes peces independitzades que no es corresponen amb l’individu genètic, són els individus funcionals.
Exemples: Els conills són individus unitaris i genètics, mentre que els pins són modulars (perquè la forma no és sempre la mateixa i pot ser molt variable) i genètics (perquè cada pi prové d’un zigot, que és el pinyó). Altres casos són més complicats, com per exemple les maduixeres que són individus modulars i funcionals. Les maduixeres quan creixen fan com estulons que en tocar terra, de les mateixes branques, surt una arrel i es crea com una altra unitat, però de fet és el mateix individu genètic, que a més es pot independitzar.
Clon Un clon és el conjunt de ramets o d’individus funcionals que representen un sol individu genètic. Per exemple, la Pteridium aquilinum, una falguera, fa extensions molt grans i no deixa que cap altre individu 3 penetri. Tots els prats colonitzats són el mateix individu genètic. Un altre exemple, és una espècie que s’estén molt i ràpidament quan hi ha una llau de neu, però tot és un únic individu genètic.
CICLES BIOLÒGICS Quan fem models de dinàmica poblacionals sempre hem de conèixer el cicle biològic de l’individu. Hi ha cicles complexos en els quals un organisme passa per diferents fases, i cadascuna d’elles pot tenir uns requeriments ecològics diferents (espècies aquàtiques, terrestres, etc). Els factors que influeixen en la supervivència de les fases poden ser molt diferents, per tant, cal conèixer els factors que actuen a cada fase i a partir d’aquí tenir una idea general.
En l’exemple de Culex spp, el cicle té fase d’adult, que té vida molt curta i durant la qual l’únic que interessa és aparellar-se; i la fase de larva filtradora i aquàtica, que fa una crisàlida amb una pupa que donarà lloc a l’adult que tanca el cicle. La majoria dels insectes segueixen aquest tipus de cicle. Els factors que influeixen en la mortalitat de la pupa són diferents als que influeixen a l’adult. En els cicles biològics, distingim entre període pre-reproductiu, període reproductiu, i període post-reproductiu que porta a la mort. Hi ha un moment que és clau que és el període reproductiu.
En l’exemple de Rumex obtusifolius tenim un esquema en què els punts negres són les llavors (zigots), i els cercles són el moment reproductiu. En aquesta espècie el moment post-reproductiu és molt curt, però hi ha altres que després del període post-reproductiu poden seguir creixen i a més donar lloc a un altre període reproductiu en algun moment, etc.
Tipus de cicles biològics En principi, per definir el tipus de cicle biològic, s’utilitzen dos grans criteris:  La durada del cicle (longevitat): distingim entre cicles anuals que es completen en un any o menys, com el de molts insectes o plantes (per exemple, les males herbes); i cicles perennes, quan parlem de plantes, quan dura de més d’un any.
 La freqüència de reproducció: hi ha dos estratègies de reproducció, la semèlpara, que té un únic episodi reproductiu (l’individu es reprodueix i immediatament mor); i la iteròpara, on els individus tenen diversos episodis reproductius, poden combinar moments de reproducció i moments de noreproducció.
A partir de combinar les diferents estratègies de reproducció i la longevitat, podem obtenir espècies amb diferents cicles biològics. Per exemple, les males herbes són espècies anuals i semèlpares, que tenen un període reproductiu explosiu i un cicle breu. Una combinació poc habitual en plantes és la de perennes semèlpares, que són plantes que tenen mida molt gran i que desenvolupen una flor al centre al cap de 7-8 anys i llavors moren. Les espècies iteròpares són majoritàriament animals. Per exemple, el crustaci Daphnia és iteròpara i té un cicle reproductiu anual, mentre que els mamífers, en general, són iteròpares perennes.
Es representen gràficament de manera que l’eix horitzontal representa la longevitat, i el vertical la mida. De color més fosc està marcat el període reproductiu, que simbolitza la quantitat de recursos que l’individu necessita per la reproducció, i el període pre-reproductiu es troba sense color.
Implicacions biològiques del tipus de cicle Les implicacions biològiques són l’esforç reproductiu i la freqüència de reproducció. Aquestes implicacions representen l’energia o recursos que l’individu, al llarg de la vida, destina a la reproducció. És el típic paràmetre que entra en un compromís amb el numero d’episodis reproductius. Les espècies iteròpares i perennes, en general, destinen un percentatge petit a la reproducció (molta es destina a l’estructura, al creixement, etc).
4 En canvi, les semèlpares destinen més energia a la reproducció. Les gramínies, com el blat, han estat seleccionades per l’home, perquè a més, la majoria dels seus recursos, s’utilitzen per la reproducció. Els conreus de blat han estat seleccionats de conreus salvatges.
L’esforç reproductiu és el % d’energia que es destina a la reproducció. Si fem una gràfica en què relacionem l’esforç reproductiu amb l’èxit reproductiu (descendència), obtenim un gràfic d’aquest tipus. Això és un exemple de trade-off {trade-off: si dediques un temps o energia a una activitat, hauràs d’invertir menys en altre}. La línia del mig marca la diferencia o la distinció entre les especies que inverteixen més en l’èxit de la descendència i no tant en l’esforç reproductiu (part de dalt) i les que inverteixen més en l’esforç reproductiu que en l’èxit de la descendència (part de baix). Concretament, en aquesta figura, la zona roja, es una combinació dels dos paràmetres que no es dóna mai a la natura. A la zona blava hi ha l’estratègia de les semèlpares, que són espècies que en algun moment utilitzen tota la seva energia en reproduir-se, com els salmons (estratègia de big bang). En aquest cas, l’èxit de cadascun dels descendent és molt petit. La zona blanca representa espècies iteròpares que no destinen tants recursos a la reproducció, però que els seus descendents tenen una supervivència molt més gran. Les dos estratègies són viables a la natura.
5 ...