Tema 1 (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 2º curso
Asignatura Ecologia
Año del apunte 2016
Páginas 9
Fecha de subida 31/03/2016
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Ecologia c.stefanescu@creaf.uab.cat creaf c5b-118 La primera definició d’ecologia amb aquest terme data del 1868 i és contemporani a Darwin.
Haeckel, un biòleg alemany, ho va definir com la relació d’un organisme amb el medi que l’envolta. Aquesta és molt àmplia i necessitem ser precisos perquè la ciència avanci. Durant molts anys l’Ecologia va estar molts anys estancada, fins als anys 50-70 no va fer un salt.
Els ... van estar estudiant les poblacions d’insectes.
A finals dels 60 va haver-hi dues publicacions claus per popularitzar l’Ecologia. La primera fou de Rachel Carson que treballava per l’administració americana i va alertar de l’ús dels insecticides, com el DDT, tot i que semblava la panacea. Hi ha insectes que en pocs anys adquireixen resistències a insecticides però el problema més greu es que es transfereixen al llarg de la cadena tròfica. Uns anys després d’usar-lo es va veure que poblacions d’ocell rapinyaire anava de davallada als EEUU. Substàncies del DDT interferien al metabolisme del calci i això provocava que les closques dels ous eren tan fràgils pel que la mortalitat dels polls va augmentar considerablement.
The population Bomb, de Paul Ehrilch, és un llibre molt catastrofista que alerta del perill de la superpoblació humana, en llocs com la índia, i que la esperança de vida de la espècie humana davallaria considerablement. Es va equivocar, perquè Normal Bourlag, el pare de la revolució verda, la aplicació d’una tècniques a la agricultura que van permetre augmentar la producció enormement. Van treballar en la millora genètica.
La base de l’ecologia és l’observació al medi ambiental llarg de la història. A la prehistòria els homínids eren ecòlegs per obligació perquè el seu modus vivendi els obligava a ser-ho. Quan van aparèixer la agricultura i la ramaderia es van conèixer molt millor el funcionament d’espècies d’animals i plantes. L’origen d’aquesta ciència ha estat en molts casos a base de problemes aplicats com el control de plagues, ja que per controlar-ne una has de conèixer-la. Amb la pesca ha passat el mateix. La sobreexplotació ha disminuït l’abundància i mida dels peixos.
L’ecologia toca moltes altres ciències, es poden descompondre en diferents parts els problemes que es tenen, o es pot integrar la informació de diferents ciències en aquesta.
NIVELLS COMPLEXITAT       Individu: és una entitat física, no són una invenció.
Població: agrupació d’individus de la mateixa espècie que interaccionen entre si per reproduir-se o alimentar-se, o perquè habiten junts. N’hi ha de molt ben definides i de molt laxes.
Comunitats: entitat conceptual. Són poblacions de diferents espècies, i poden interactuar entre si.
Ecosistema: inclou les comunitats i l’ambient físico-químics que el rodegen.
Paisatges: conjunt d’ecosistemes d’una àrea Biosfera: entitat real. Envolta terrestre que conté la totalitat d’organismes, comunitats, ecosistemes....
S’usen escales molt diverses tant espacials com temporals segons l’ambient que s’estudia.
Descriptiva: l’essència de l’ecologia, que estudia patrons. Preten posar de manifest diferents patrons d’aspectes diversos. Està Relacionada amb l’observació.
Funcional: Estudia processosi i per ferho s’estudien les causes pròximes, les causes ecològiques.
Preten determinar el com s’han donat aquests patrons.
Evolutiva: l’estudi dels organismes i les seves relacions respecta l’evolució i les causes últimes que han donat lloc a aquests processos.
Ikka Hanski és un dels grans. S’ha dedicat a estudiar un sistema d’una papallona anomenada Melitaea cinxia i les relacions de l’espècie amb factors ambientals. Viu als prats. Ha mapat a les illes Alan, tots els prats on hi ha papallones d’aquesta espècie. Es busquen nius larvaris ja que pon tots els ous junts. Dos anys consecutius, el fet que continuii present allà guarda una relació molt gran amb la mida de la població. Com més petit és el prat més probabilitat de sobreviure.
En els prats més grans les poblacions tenen molts més individus que en els prats petits.
Com més petita és una població té més possibilitats d’extingir-se..
APLICACIÓ DEL MÈTODE CIENTÍFIC EN ECOLOGIA La tècnica que decideix entre diferents hipòtesis per explicar un problema. Per fer-ho recollim certes observacions que s’hauran d’ajustar a una de les hipòtesis. Hi ha dos grans mètodes:   Hipotetico-inductiu: decideix entre una hipòtesi nul·la i una que explicarà el nostre problema Hipotetico-deductiu Té 5 fases: observació de natura i descripció, plantejament d’un problema a partir de les observacions, la formulació d’hipòtesis per explicar el que veiem. La més senzilla és la hipòtesis nul·la, i la alternativa la plantejem com la que creiem com a bona. Realitzem experiments per obtenir dades per saber si la hipòtesis nul·la és bona o no .
Mètodes en Ecologia Per obtenir les dades en ecologia. La majoria de l’obtenció per testar idees es basava en la simple observació del medi natural. En molts casos la pura observació no són suficients per poder testar d’una manera fiable les hipòtesis que s’han plantejat Els seguiments de camp son una sèrie de protocols que pretenen recollir unes dades de manera sistemàtica al llarg del temps. Experiments de camp tenen una dificultat, i es que hi ha molts factors que influeixen i per tant les dades que s’obtenen no són del tot fiables.
Els experiments de laboratori si que permet mantenir unes condicions determinades pel nostre experiment concret. Això permet obtenir unes dades molt més fiables per isolar el nostre objectiu. En un microcosmos es permeten reproduir molts ambients naturals de manera molt simple. Finalment i cada vegada més s’usen models matemàtics per testar hipòtesis. Són descripcions simplificades de la realitat, com de dinàmica poblacional. Usen uns paràmetres que s’han mesurat al camp i es poden fer simulacions i testar les diferents hipòtesis.
Un cop hem recollit les dades apliquem uns creiteris estadístics per veure que es compleix o no la hipòtesi. Quan mesurem una variable i agafem mostres de diferents localitats, les mostres han de ser representatives de la població que estudiem. Si les mostres no són representatives, els resultats que se n’obtenen tampoc són vàlids ja que no representa tota la població.
En funció de la natura de les dades s’usen uns tests o altres.
Adaptació de l’organisme al medi (ECOLOGY , per seminaris ecologia con números) Adequació dels organismes al seu entorn, que s’assimila a l’especialització d’organismes a viure en un determinat ambient. El terme és fonamentalment evolutiu. La selecció natural és el procés evolutiu més important. Quan es va començar a comprendre l’estructura de DNA, molecular...
es va començar a comprendre realment l’evolució.
L’evolució és una sèrie de canvis de composició gènica d’una població al llarg del temps. Pe`ro no tota l’evolcuió és a base de selecció natural. Aquesta és l’únic que dóna lloc a l’adaptació única dels organismes al seu entorn. La selecció natural s’explica per processos purament ecològics.
Selecció natural Tant Darwin com Wallace van arribar a desenvolupar les seves teories en les seves expedicions que els permetien l’observació natural. Darwin va marxar amb el Beagle durant 5 anys. Wallace va viure a la selva amazònica i la península amalaia i va estudiar sobretot insectes. Tots dos es van plantejar els mateixos fonaments d’evolució.
Darwin també es va inspirar en la lectura d’un llibre d’un monge anomenat Malthus. Aquest home va fer prediccions de les dinàmiques de població. Un altre aspecte clau van ser els experiments de selecció artificial d’espècies. La selecció artificial és el mateix procés que la selecció natural, però dirigida.
A partir d’aquí van proposar:      Dins una població qualsevol existeix una gran variació dins els individus concrets.
En els experiments de cria artificial va veure que una part d’aquesta variació és heretable.
A partir de la conjetura de Malthus va deduir que qualsevol organisme, per lentament que es reprodueixi, té la capacitat reproductiva per ocupar tota la Terra. Es veu que en qualsevol població si no se'n fa ’n control s’assoleixen uns números desorbitats.
Les diferències entre els individus d’una població determinen el fet que alguns individus siguin capaços de reproduir-se i altres no.
Els caràcters que confereixen major fitness també són heretables, per tant es veurà finalment que aquests caràcters es transmetran més que els que no la confereixen.
La selecció natural és el procés pel qual els millors organismes adaptats al medi transmeten els seus gens i tendeixen a sobreviure i els que no tenen aquesta adaptació al medi tendeixen as er eliminats. Per una banda hi haurà una variació en la proporció genètica de la població perquè els gens que proporcionen fitness són més abundants. Per tant no només es selecciona sinó que es dóna una millora de l’adaptació.
Variació genètica dins d’una població La base de la teoria és la variació genètica. Sense aquesta no hi pot haver selecció natural. La taxa evolutiva està relacionada amb la variació genètica d’una població. Com més variable és una població més capacitat té d’evolucionar. Això suposa un problema per les poblacions petites que veuen erosionada la seva variació genètica.
La variació genètica d’una població es dona quan hi ha més d’un al·lel per un determinat locus.
Quan un locus no és variable, està fixat i per tant la població és homozigota per aquell al·lel. La variació genètica ve estudiada mitjançant marcadors genètics. Aquests permeten conèixer quina és la variació. Els més senzills corresponen a polimorfismes visibles, caràcters que tenen un efecte visible en l’organisme. Quan el caràcter que estudiem està afectat per un sol loci.
La majoria de caràcters d’un organisme no depèn d’un sol loci, sinó de la suma additiva de molts gens.
Fitness És la contribució d’un individu a les generacions futures, a nivell d’individu. Aquesta contribució és a nivell genètic, heretable.
La fitness no és una mesura absoluta. Això és degut a que les condicions ambientals podrien fer variar la fitness d’un organisme. No fa referència a la supervivència de l’individu. La fitness s’hauria de mesurar al llarg de diverses generacions. Aleshores la pròpia supervivència es creu com una mesura indirecta. La fitness no es pot comparar entre espècies diferents.
 EX: kiwi posa un sol ou. Es creu que el nº de posta d’un ocell és el que maximitza la fitness d’aquell ocell. Al principi quan els ocells ponen ous la seva fitness augmenta ràpidament. Alhora també hi ha unes despeses per tant arriba un punt que la fitness deixa d’augmentar la fitness perquè les despeses superen al benefici. Hi ha un valor, el nº d’ous de posta, és el que maximitza els beneficis respecte les despeses. Lack deia que el nº d’ous de la posta ve determinat pels polls que una parella pot alimentar.
Mallerenga blava, amb una caixa niu pots controlar la posta. En algunes caixes niu se’n va afegir més dels que són els normals per una posta i se’n van treure d’altres i es va veure que el 11 era el que maximitzava la fitness. Això pot ser degut a: quan hi ha més ous costa més alimentar-los perquè s’ha de trobar més aliment. Això també implica que hi ha més estones que el niu està desprotegit.
En el cas del cargolet ha donat resultats oposats, ja que l’augment dels ous ha donat lloc a que sobreviuen més.
- Biston beatularia és un exemple de selecció natural. És una papallona nocturna. Durant el dia reposen als troncs dels arbres. Seleccionen aquells entorns amb líquens blancs per poder-se camuflar. A començaments del s.XX quan va haver-hi la revolució industrial pel que s’usava el carbó. Això va dur a que els líquens blancs comencessin a canviar de color i a ennegrir. En condicions pre-revolució industrial els individus negres tenen una fitness molt baixa perquè els ocells insectívors se’ls mengen. Això va canviar quan es va donar la revolució industrial ja que aquestes papallones fosques van passar a estar més protegides a l’entorn.
Els fronts i borrasques normalment van d’oest a est d’aquesta manera transportaven les partícules cap a l’est.
Quan es va canviar el carbó com a font d’energia principal, aques procés es va revertir.
En un període de 50 anys es va capgirar la situació i els individus blancs tornaven a ser els més ben adaptats pel que van sobreviure millor. La selecció actua molt ràpid, i ho fa encara més segons la rapidesa del cicle reproductiu dels organismes.
Selecció depredadors a Poecilia reticulata (guppy) La selecció natural actua sempre i quan hi hagi variació genètica heretable en una població i que aquesta estigui relacionada amb una fitness diferent en els individus. Hi ha molts aspectes que actuen com a selecció natural. Qualsevol condició ambiental actua com a selecció natural. La competència i la depredació actuen com a agents de la selecció natural.
Viuen en aigües dolces principalment a Trinidad i illes del carib. Ells tenen principalment dos depredadors:   Pike-cichild: depreda sobretot adults. A les zones tardanes del riu , on les poblacions de guppy assoleixen una maduresa sexual prematura i una mida més petita. Aquestes condicions s’associen a una fitness més gran.
Killifish: Depreda sobretot cries a les capçaleres del riu. A les zones altes, on només hi ha aquest, els guppy tenen els exemplars amb mida més gran i la maduresa sexual s’assoleix a una edat més tardana.
Per comprovar si aquestes condicions són fruit de la selecció natural es van buscar ecosistemes on hi havia depredadors separats però sense que hi hagués guppy. Després de 7 anys, els que s’havien trasplantat si que tenine una mida més gran i una maduresa sexual més tardía que els que estaven depredats per pike-cichild.
Selecció Direccional És la que afavoreix sistemàticament un caràcter en una direcció concreta. Elimina sistemàticament aquells caràcters que tenen un rang determinat  Ex: Geospiza fortis entre 76-78. Aquesta espècie viu en una de les galàpagos i durant aquests anys en els que va haver-hi una sequera, que es va traduir en una discontinuïtat de recursos tròfics. L’espècie és hervíbora, s’alimenta de llavors. Arrel de la sequera, les llavors de mida més petita, per tant l’únic recurs disponible eren llavors de certa mida.
Ells han d’usar el bec per trencar les llavors, i depèn de la mida la seva força. Al llarg dels anys, la supervivència d’aquests individus va estar molt influenciada per la mida del seu bec. En ells només van sobreviure els que tenien el bec gros. Com que el bec és hereditari, al cap de tres anys la població tenia una mida del bec molt major del que era comú.
Selecció Estabilitzant Elimina sistemàticament els extrems del rang de caracàcters. Al cap de generacions hi ha una variabilitat més petita.
 Ex: Anser caerulescens, ànec blau. És al Canadà, cria allà, i crien en colònia. L’època de cria és molt sincrònica, per tant si calculem la distribució de les postes es concentra al voltant de la data de la majoria. S’ha comprovat que els individus que crien o després no sobreviuen en tant quantitat que els que crien a la data marcada. Això succeeix perquè els que crien colonialment, els serveix per defensar-se de depredadors. El que pon sol abans o després és molt més susceptible a l’atac d’un depredador.
Selecció Disruptiva Elimina la mitjana del caràcter estudiat. S’afavoreixen els extrems. En el cas que els dos extrems sorgits, no intercanviïn material genètic, és el que dóna lloc a la creació de noves espècies.
 Ex: Pyrenestes ostrinus, pinsà africà. Els individus d’aquesta població que s’alimenten de llavors més petites o de llavors més grossa, tenen una fitness més alta que esl que tenen la mida mitja i s’alimenten de llavors mitjos. En aquest cas no s’aïllen els dos tipus d’individus, i per això no apareix una nova espècie.
Tot el vist són processos de microevolució en el que una espècie avança, però no la creació d’especies.
Especiació Es considera macroevolució. Dóna lloc a noves espècies quan es relaciona amb una distribució al·lopàtrica.
Una espècie amb una distribució àmplia, i una població d’aquesta queda aïllada per qualsevol motiu i les condicions ambientals dels aïllats són diferents, això pot donar lloc al cap del temps a diferents espècies. Pot ser que si al final es tornen a posar en contacte no siguin capaços de tornar a reproduir-se. És el procés més típic Ex: Gavians. Hi havia una població que es va separar geogràficament en sentit circular, i entre ells no es van creuar. Ara que han tornat a estar en contacte no poden creuar-se perquè ja són espècies diferents.
En una especiació simpàtrica en la que dues espècies viuen en el mateix espai, és difícil que no hi hagi contacte genètic entre les dues poblacions. Les mosques que posen els ous a les pomes, a partir d’una població que no era original en cap recurs, s’han creat dues espècies que s’han especialitzat un sobre pomeres i l’altre sobre Radiació adaptativa A les galàpagos hi ha un total de 14 espècies de pinsans les que s’assemblen però són diferents en bec i aliment per exemple.
La radiació adaptativa és el fenomen pel que un ancestre dóna lloc a un nº elevat d’espècies a partir d’un sol. Quan van emergir les galàpagos, un ancestre de les 14 espècies de pinsans, procedent probable de l’Equador, va arribar a aquestes illes i va fundar diferents colònies. Cada illa estava sotmesa a unes condicions diferents, no necessàriament climàtiques.
Coevolució Evolució de dues o més espècies que interaccionen estretament de manera que cada una s’adapta a les necessitats de l’altre.
El cas més típic és el de depredador-presa. Les preses tenen una selecció natural constant per adoptar unes característiques més resistents. Els depredadors sofreixen doncs una selecció natural per superar aquestes barreres. Això ho va descriure Erlich.
Ell va descriure que la diversitat de les plantes vasculars segueix una evolució molt similar a la de les papallones. Les umbel·líferes són explotades només per una família anomenada papilió.
Es va fer un estudi amb les Brassicales i les papallones diürnes (Que són especialistes) i es va trobar la base genètica del procés de coevolució. Erlich deia que quan un dels dos grups que coevolucionen, aconsegueix unes innovacions importants com desenvolupar uns metabòlits secundaris que les fessin tòxiques dels seus depredadors. Això les allibera momentàniament de la pressió de la depredació, i els permet conquerir nous nínxols. Les brasicades tenen en comú uns metabòlits secundaris anomenats glucosinats (en el moment que la planta pateix un atac, es converteix en un producte tòxic). Fa uns 90 milions d’anys van adoptar aquesta innovació. Un grup d’ancestres de ... va desenvolupar la capacitat de detoxificar-lo. Posteriorment va tornar a sorgir un nou glucosinat i pel que va tornar a haver-hi una nova diversificació, i els pièrids van tornar a desenvolupar la capacitat de detoxificar.
Els exemples més típics són els de les relacions mutualistes. Pol·linitzadors molt especialistes evolucionen alhora que la planta que pol·linitza. També són típics els exemples de depredadors i preses.
Evolució convergent Hi ha moltes estructures equivalents, i que són resultat de pressions selectives similars, però s’han produït a partir d’un origen diferent.
Un cas típic és el de les estrutures per volar. Un rat-penat, un ocell i un insecte. En el rat-penat són una modificació de les falanges unides per una membrana. En els ocells es modifica tot el braç i en els insectes són unes membranes que res tenen a veure amb la resta. La capacitat final de les 3 és la de volar i explotar el mateix medi. La selecció natural ha actuat de la mateixa manera però sobre els materials disponibles en cada organisme.
Evolució paral·lela Els diferents tipus d’adaptacions que han sofert els mamífers placentaris i els marsupials (només a Austràlia formats a partir d’un ancestre que va colonitzar el continet).
L’ancestre a partir d’una radiació adaptativa, que degut a unes pressions selectives No tots els organismes estan ben adaptats al medi Els organismes no estan sempre ben adaptats al medi. Hi ha factors que actuen contràriament a la selecció natural afavorint una mala adaptació d’un organisme al medi. Una població que pateixi aquest fenomen de mala adaptació no ha d’extingir-se necessàriament, però si que els pot disminuir la fitness i finalment com a conseqüència prèvia a la extinció poden disminuir la seva densitat poblacional. Un motiu que ocasioni aquest fenomen pot ser el flux gènic d’una població a l’altre:  La mallarenga blava, al sud de França, es van comparar dues poblacions d’aquesta. Una en un bosc de roures (Caduc) i un altre amb un bosc d’alzina. El moment en el que hi ha el màxim de disponibilitat d’aliment és diferent. El bosc de roure té el pic d’aliment és anterior al pic d’aliment a l’alzinar. Això vol dir que l’època de cria de la roureda sigui anterior a l’època de cria a l’alzinar. Això permetrà una sincronització amb el moment de portar menjar als polls en ambdós casos. En l’alzinar no existeix la sincronia amb aquest moment. La fitness dels individus si no hi ha sincronia és més petita, per tant és un cas de mala adaptació. S’observa que en la roureda hi ha una abundància molt alta i al moment de cria falten llocs per criar. Els ocells que no caven es dispersen i arriben entre altres llocs als alzinars. Aquests individus es creuen amb els que vivien prèviament a l’alzinar i això impossibilita la adaptació La selecció natural no crea màquines perfectes. Els fenotips de la natura tenen una fitness suficient ment bons com per no extingir-se però podrien arribar mecanismes millors.
Pics adaptatius o pous d’especialització? L’adaptació té dues cares: un individu molt ben adaptat, tindrà una fitness molt alta. Això és el reflex de la seva adaptació: una fitness més alta implica una més bona adaptació. Si les condicions ambientals canvien, els individus tant ben adaptats poden tenir un problema perquè igual les condicions noves els desajusten a les noves condicions. Els canvis ambientals són molt comuns, aleshores els individus més ben adaptats poden tenir un risc d’extinció molt major.
No tota l’evolució és el resultat d’un procés de selecció natural. Si bé que aquesta és la que dóna les parts més visibles, tot i això hi ha una part que no és la visible. La selecció natural són millores genètiques que impliquen una millora de fitness.
Evolució no adaptativa Dues poblacions responen de la mateixa manera a un caràcter determinat. No hi ha cap diferència entre elles. Si canvien les condicions, pot ser que una d’aquestes poblacions tingui una composició genètica determinada que la faci més favorable a la nova condició. D’aquesta manera estarem demostrant les diferències genètiques. Aleshores aquesta que s’adapta tindrà una fitness més elevada que la que no ho fa. Això s’anomena evolució neutra.
Parlem de deriva gènica quan hi ha diferenciació genètica entre poblacions i sense que impliqui diferències en la fitness. Pot ser causada per:    Mutacions de caràcters neutre Loteria mendeliana: Procés en el que en la segregació de cromosomes a la meiosi, a l’atzar una població pot eliminar els seus al·lels.
Efectes fundacionals sempre hi ha la possibilitat que un individu que forma una població tingui uns al·lels determinats que són o no freqüents pel que surt una població diferent de l’original, que donen lloc a la deriva.
Adaptació: fenotípica o genotípica? Quan hi ha adaptació de poblacions respecte un factor ambiental no sempre aquesta variació es deu a diferències genètiques entre les poblacions. Aquest fenomen s’anomena plasticitat fenotípica. Es va tastar amb un experiment a la Sierra nevada de Califòrnia. S’hi van rastrejar diferents poblacions a diferents altituds. Es van observar diferències en elles. L’alçada era diferent. Les plantes que es trobaven en zones més altes eren més baixes que les que estaven a baixes altituds. Aquestes diferències són adaptació resposta a selecció natural? Això pot ser simplement a la diferència fenotípica. S’han d’agafar llavors d’aquestes plantes i sembrar-les al laboratori en condicions idèntiques. Es va poder observar que aquesta variabilitat era resposta als fenòmens ambientals.
Cas en el que no és així:  Papallona que pon els ous en rosàcies com els ametllers. Hi ha hagut una coevolució entre aquests dos individus. (Reina zebrada). Sempre la trobarem associada a unes plantes d’uns gèneres concrets per que els metabòlits secundaris d’aquests són detoxificats per la papallona. Dels ous surten unes larves que són capaces de camuflarse com a fulles de color verd. Aquestes papallones apareixen a la primavera, i per tant les orugues apareixen al maig-juny i després apareixen les crisàlides. Aquesta crisàlide esta també molt ben adaptada pel que aconsegueixen escapar prou. Després de 2 setmanes apareix un adult que torna a fer el cicle, una 2a generació. Les orugues de la 2a generació creixen a agost i la crisàlida última creixen a finals d’estiu. Les segones crisàlides són marrons i no es queden als arbres. Les oruges es deixen caure i queden al terra i les crisàlides marrons queden al terra tot l’hivern, uns 7 mesos per néixer de nou a la primavera. Els dos fenotips de les dues crisàlides són completament diferent, però el genotip d’ambdues és el mateix. Això és un exemple de plasticitat fenotípica, segons les condicions ambientals a que es sotmet l’individu s’expressa el gen d’una manera o d’una altra.
La selecció natural actua directament sobre el fenotip, no sobre el genotip. La plasticitat fenotípica ha estat seleccionada a base de selecció natural. Un individu que no pogués expressar-se diferent segons el moment de l’any té més probabilitat de ser depredat.
...