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Ecología de Poblaciones 2011

• Profesor:– Miguel Pascual, pascual@cenpat.edu.ar

• Ayudantes:– Martín García Asorey, garciaaz@cenpat.edu.ar

– Lucas Bandieri, lucasbandieri@speedy.com.ar

• Sitio Web del curso– www.cenpat.edu.ar/ecopoblaciones

• Correlativas– Estadistica I, Ecologia General

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Estructura• Curso combinado grado y postgrado• 13 semanas de clases, 105 horas (9/8-

11/11)• Semana sin clases:

– Semana del estudiante (19/9-23/9)• Teóricos (Universidad):

Martes (14:00-16:00)Jueves (14:00-16:00)

• Laboratorio (Sala cómputos): Viernes (14:00-17:00)

• Consultas con ayudantes:Opcionales, a determinar el viernes en el lab.

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Evaluación y aprobación3 exámenes parciales (escritos)

1 recuperatorio oral para cada uno para notas o promedios por debajo de 7

Puntaje final: 33,33% cada parcial

Puntaje mínimo 65%

Asistencia mínima: 80% de los laboratorios (8 de 10), más jornada final de

discusión

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Otras actividadesTAREAS

• Relacionadas a actividades de las unidades

• Se discuten en clases de consulta y en clase, se proveen respuestas pero no se corregirán ni evaluarán

• MUY recomendable realizarlas semanalmente como práctica para parciales

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Referencias de base1. Burgman, M.A., S. Ferson y H.R. Akcakaya. 1993. Risk Assessment in Conservation Biology.

Population Ecology and Community Ecology Series 12. Chapman and Hall, New York.2. Caswell, H. 1989. Matrix Population Models. Sinauer Associates, Sunderland, Massachusetts.3. Gotelli, N.J. 1995. A Primer of Ecology. Sinauer Associates, Sunderland, Massachusetts.4. Groom, M.J. y M.A. Pascual. 1998. The analysis of population persistence: an outlook on the

practice of viability analysis. En: Fiedler, P.L. y P.M. Kareiva [eds.]. Conservation Biology for the coming decade, 2nd Edition, pp:4-27, Chapman and Hall, New York.

5. Hanski, I.A. y M.E. Gilpin. 1997 (editores). Metapopulation Biology: Ecology, Genetics and Evolution. Academic Press, Londres.

6. Hartl, D.L. 2000. A Primer of Population Genetics, 3ra edición. Sinauer Associates, Sunderland, Massachusetts.

7. Hilborn, R. y C.J. Walters. 1992. Quantitative Fisheries Stock Assessment: Choice, Dynamics and Uncertainty. Chapman and Hall, New York.

8. Hilborn, R. y M. Mangel. 1997. The Ecological detective: Confronting Models with Data. Monograph in Population Biology 28. Princeton University Press, New Jersey.

9. Parma, A.M., P. Amarasekare, M. Mangel, J. Moore, W.W. Murdoch, E. Noonburg, M.A. Pascual, H.P. Possingham, K. Shea, C. Wilcox y D. Yu. 1998. What can adaptive management do for our fish, forests, food and biodiversity? Integrative Biology 1:16-26.

10. Quinn II, T. J. y Deriso, R. B. 1999. Quantitative Fish Dynamics. Oxford University Press, New York.

11. Shea, K., P. Amarasekare, P. Kareiva, M. Mangel, J. Moore, W.W. Murdoch, E. Noonburg, A.M. Parma, M.A. Pascual, H.P. Possingham, C. Wilcox y D. Yu. 1998. Population management in conservation, harvesting and control. Trends in Ecology and Evolution 13(9):371-375.

12. Tuljapurkar, S. y H. Caswell. 1996. Structured-Population Models in Marine, Terrestrial, and Freshwater Systems. Population Ecology and Community Ecology Series 18. Chapman and Hall, New York.

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Material de lectura, apuntes, laboratorios, parciales, etc.

• Centro de fotocopias Universidad– Shea et al. (1998)

• Página web del curso– www.cenpat.edu.ar/ecopoblaciones– Programa y desarrollo 2011.doc– teorico1.ppt– teorico2.ppt– laboratorios, tareas y bibliografía

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Objetivos del curso• Las bases conceptuales de la Ecología de

Poblaciones• Modelos conceptuales y matemáticos de

poblaciones naturales• Modelos ↔ información de campo• Problemas específicos de conservación y

manejo de poblaciones (énfasis en Patagonia)

• Herramientas prácticas para el análisis de datos ecológicos

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La clase de hoy

• Algunos conceptos y definiciones

• Revisión histórica de – la Ecología– la Ecología de Poblaciones– la Ecología Aplicada de Poblaciones

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Algunas definiciones• Ecología

El estudio de patrones en la naturaleza: su origen y su dinámica en tiempo y espacio.

Aplicación de métodos observacionales, experimentales y matemáticos al análisis de:

- Las relaciones organismo-ambiente- La dinámica poblacional- La estructura comunitaria y sucesión- La organización ecosistémica

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Algunas definiciones• Ecología de poblaciones:

– Interacción de poblaciones con el ambiente, (incluidos organismos de la misma y otras especies)

– Cómo dichas interacciones afectan su comportamiento, su productividad y dan lugar a patrones generales en comunidades y ecosistemas.

• Población es un término relativamente arbitrario:– Conjunto de individuos de la misma

especie, que residen en un ámbito común. – Población panmíctica.

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Breve historia de la Ecología

LOS COMIENZOS

• Thomas Robert Malthus (1798, Essay on Population) Crecimiento geométrico de la población Recursos limitados Conflicto Falacia de la sociedad utópica de los reformistas sociales– El “método” de dios para que el hombre no fuera perezoso

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Breve historia de la Ecología

«El hombre nace libre, pero en todos lados está encadenado» «El hombre es bueno por naturaleza»

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Breve historia de la Ecología

“Al buscar su propio interés, el hombre a menudo favorece el de la sociedad mejor que cuando realmente desea hacerlo”

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Breve historia de la Ecología• Thomas Robert Malthus

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Breve historia de la Ecología

"Considerando aceptados mis postulados, afirmo que la capacidad de crecimiento de la población es infinitamente

mayor que la capacidad de la tierra para producir alimentos para el hombre.

….Ninguna pretendida igualdad, ninguna reglamentación

agraria…podrá eliminar…la presión de esta ley, que aparece, pues, como decididamente opuesta a la posible

existencia de una sociedad cuyos miembros puedan todos tener una vida de reposo, felicidad y relativa

holganza y no sientan ansiedad ante la dificultad de proveerse de los medios de subsistencia que necesitan

ellos y sus familias."

Thomas Robert Malthus, Ensayo sobre la población (1798)

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Breve historia de la Ecología

LOS COMIENZOS

• Charles Darwin (1859, Origen de las Especies) Teoría de la Evolución a través de la selección natural (“Ley de Malthus aplicada al mundo natural”): “Lucha por la supervivencia” (“Struggle for existence”)Sobreproducción competencia intensa alta mortalidad inducida selecciónPiezas claves! recursos limitados, competencia intraespecífica

Competencia intensa entre especies similares y reemplazo de especies en gradientes ambientales (idea latente de “nicho” y exclusión competitiva).

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Breve historia de la EcologíaLOS COMIENZOS (Cont.)• Ernst Haeckel (1860).

“Oecologie”: estudio de las distintas facetas de la “lucha por la supervivencia” planteada por Darwin.

• Stephen Forbes (1887, The Lake as a Microcosm)Relaciones tróficas de aves, insectos y peces en Illinois (papel trófico).- Selección natural como fuerza benéfica, tendiente a un equilibrio conducente al bien común: mundo “económico y bien regulado”

Favorece la supervivencia de especies que ajustan sus tasas reproductivas al alimento disponible, sirviendo a “intereses” del sistema.

- Visión organísmica, fisiológica de las comunidades naturales. “Balance de la naturaleza”: armonía mantenida por los limites y balances impuestos por relaciones de depredación y competencia dentro de las comunidades.Idea de utilizar conocimiento ecológico con fines aplicados: control de plagas, control biológico

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Breve historia de la Ecología

TRADICION BOTANICA

• Frederic Clements (1936, Nature and Structure of the Climax)Praderas y bosques de coníferas en el oeste de EEUULas comunidades son estructuradas por las plantasSucesión ecológica: comunidades como “organismos complejos” sometidos a un ciclo de vida e historia evolutiva.

Hábitat y poblaciones interactúan hasta alcanzar estado estable, el clímax.

El clímax como estado final inmutable = balance y equilibrio + visión Lamarckiana.

• Henry Gleason (1926, The individualistic concept of the plant association)Se opone a la visión clementsiana de la metáfora organísmicaCada asociación vegetal es el producto único de las condiciones ambientales fluctuantes de un tiempo y lugar determinado. El sistema funcional básico es el Ecosistema=comunidad y ambiente

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Breve historia de la EcologíaTRADICION ZOOLOGICA• Charles Elton (1927, Animal Ecology)

- Concepto de “nicho”, espacio ecológico de una especie, en el contexto de cadenas tróficas. - Concepto de “roles” o “nichos” semejantes en comunidades diferentes = grupos funcionales

• Joseph Grinnel (1917, The niche relationship of the california Thrasher)- Nicho exclusión competitiva: no existen dos especies regularmente establecidas en la misma fauna que tengan exactamente las mismas relaciones de nicho. - Definición de hábitat- Concepto de límite en el número de especies en una comunidad.

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Breve historia de la EcologíaTRADICIÓN MATEMATICA Y EXPERIMENTAL• Raymond Pearl (1920, previamente Verhulst)

Orígenes de la ecología matemática a partir del crecimiento poblacional de una especie individual. Aparente crecimiento logístico de población humana.Ley general de crecimiento poblacional, base de los modelos de competencia y depredaciónModelo básico muy utilizado por su conveniencia desde los 1930’s

• Alfred Lotka (1880-1949, 1925, Elements of Physical Biology)Desarrollo de una teoría general (independiente de la Ecología) para analizar a la tierra como un sistema único, a través de las transformaciones energéticas dentro de la biosfera.Gran influencia sobre ecología de ecosistemas desarrollada por los hermanos Odum en los 1950’s.Modelos de crecimiento poblacional y de predador-presa (LV)Esfuerzo por hacer su nueva ciencia matemática.

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Breve historia de la EcologíaTRADICIÓN MATEMATICA Y EXPERIMENTAL (Cont.)

• Vito Volterra (1860-1940)Cambios en poblaciones de peces en el Mar Adriático antes y después de la I guerra mundial (D’Ancona).

Modelos altamente matemáticos de competencia entre dos especies y de depredador-presa anticipado por Lotka desarrollados a lo largo de 15 años (LV).

• Patrick Leslie (1940’s)Influenciado por análisis demográficos para poblaciones estables de Lotka, desarrolla modelos matriciales para poblaciones con estructura de edades

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Breve historia de la EcologíaTRADICIÓN MATEMATICA Y EXPERIMENTAL (Cont.)

• Georgii Gause (1910-1986, 1935, The Struggle for Existence)

Enfoque experimental/matemático para poner a prueba modelos de Pearl, Lotka y Volterra en el laboratorio.

Formaliza principio de exclusión competitiva en términos del concepto de nicho clave para estructuración de comunidades

Muy influyente: idea organizadora clave de la teoría ecológica moderna (dominante en los 1960’s).

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Breve historia de la EcologíaECOLOGIA DE COMUNIDADES Y ECOLOGIA EVOLUTIVA Denso-dependencia como proceso regulador critico !!

Hutchinson (1957, Concluding Remarks, Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology). Por que hay 106 especies? Por que no 104 o 108?Discute procesos que generan o limitan la diversidad animal

- Similaridad limitante regulación pob y estructura com.Define rigurosamente nicho y relación con competencia y diversidad

- Hipervolumen con dimensiones bióticas y abióticasInicia debate de complejidad y estabilidad de comunidadesNacimiento de la Ecología de comunidades moderna

Lack (1954, The Natural Regulation of Animal Numbers) y Cole (1954, The Population Consequences of Life History Phenomena)Enfoque evolutivo de la demografía y la regulación poblacional.

- tasas reproductivas son afectadas por selección natural- tasas de mortalidad son denso dependientes

Selección a nivel individual, regulación poblacional como resultado !!Conecta selección natural, competencia, especiacion y diversidadEcología evolutiva: evolución de HV en respuesta a ambiente

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Breve historia de la EcologíaPROBLEMA DE LA REGULACION POBLACIONAL

Alexander Nicholson y Victor Bailey (1935, The balance of Animal Populations)Entomólogo australianoModelos más complejos y realistas de depredador-presa que Lotka-Volterra: estructura de edades y retrasos, modelos discretos, competencia intraespecífica.Competencia denso-dependiente el factor principal de regulacion.Dinámicas mucho mas complejas que las producidas por Lotka y Volterra

Andrewartha y Birch (1954)Poblaciones controladas predominantemente por factores abióticosIntenso debate en los 1950’s y 1960’s

Hairston, Smith y Slobodkin (1960, Community structure, population control and competition) HSS“El mundo es verde”Poblaciones en diferentes niveles tróficos difieren en sus métodos de control: productores primarios y carnívoros son limitados por sus recursos en forma denso-dependiente; los herbívoros son limitados por predadores (bottom-up y top-down).

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Breve historia de la EcologíaTEORIA MATEMATICA • MacArthur (1960’s)

Auge de Ecología teórica.Fuertemente basada en modelos matemáticos + observacionesBúsquedas de patrones en la naturalezaImportancia de la competencia como factor estructurador de las comunidadesUnión entre ecología matemática, ecología evolutiva y genética

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Breve historia de la EcologíaENFOQUES EXPERIMENTALES • Gause (1935) Experimentos de laboratorio

• Connell (1961) Enfoque experimental de campo para probar la importancia de competencia como factor de exclusión entre especiesDependencia de ambiente físico a lo largo de gradiente de mareas. Mecanismos de la competencia: importancia de la interferencia.Importancia de depredación en algunos sistemasFacilidades experimentales de organismos sésiles en costas rocosas

• Paine (1966)Análogo de Connell para depredación

- Pisaster depredando sobre competidor dominante, Mytilus californicus- Concepto de especie clave (“Keystone species”)

Efecto de depredadores en patrones locales de diversidad: la depredación previene la monopolización de requerimientos ambientales

Disturbio!

• Simberloff y Wilson (1969)Evaluación experimental de campo de la teoría de biogeografía de islas (MacArthur y Wilson, 1963) a nivel de islas completas

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Breve historia de la EcologíaVERTIENTES APLICADAS DE LA ECOLOGÍA DE POBLACIONESOBJETIVO: “Predecir y controlar alguna parte de la Naturaleza para

beneficio de la sociedad” Kingsland (1985)

• Ecología agrícolaRegulación poblacional de plagas y enemigos naturalesLarga tradición (recordar Forbes 1887)Fuerte tradición en modelización de sistemas multiespecíficos

• Biología PesqueraMaximización de beneficios por cosechaInicio en 1916, pero desarrollo en la II posguerra (BH 1957)Notable desarrollo de aspectos estadístico e instrumentalesEstrategias de manejo robustas, análisis de decisión

• Biología de la conservaciónPreservación/recuperación de condiciones naturales, sustentabilidadDesarrollo de modelos estocásticos (AVP), genética de poblaciones, estructura espacial y metapoblaciones

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Visión unificada de la Ecología aplicada de poblaciones

Tres problemas generales (Shea et al. 1998): • cosecha, donde se busca optimizar la extracción

de una población (el típico caso de la pesca o la caza)

• conservación, donde se busca asegurar la persistencia o lograr la recuperación de una población (especies protegidas)

• control, donde se busca regular el crecimiento o la abundancia de una población (plagas, pestes y especies introducidas)

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Visión unificada de la Ecología aplicada de poblaciones

• Desarrollo de estos tres campos mayormente independiente

• El tratamiento de las tres problemáticas se nutre de conceptos y metodologías comunes (ver Shea et al. 1998).

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Ejemplos de aplicaciones• Evaluar el rendimiento de estrategias alternativas

de cosecha en poblaciones explotadas, vieira GSM• Estimar riesgos de extinción en poblaciones

sometidas a distintos disturbios, albatros en ASO• Evaluar estrategias de control de especies plagas,

gaviota cocinera y basurales, alga Undaria en GN• Evaluar distintas hipótesis referidas al

comportamiento dinámico de poblaciones, inmigración y crecimiento poblacional, ballenas y pingüinos en PV

• Ajustar modelos de crecimiento en largo y peso, comparar poblaciones, truchas en ríos patagónicos

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Visión unificada de la Ecología aplicada de poblaciones

Tema común: Regulación del tamaño y crecimiento poblacional bajo un régimen de manejo

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Próxima clase

• La Ecología Aplicada de Poblaciones

• Conceptos técnicos asociados al uso de modelos en ecología

• La vuelta al curso en 60 minutos