unidad 3: Biodiversidad

3.1 Diversidad y organización biológica.

La biodiversidad o diversidad biológica es la variedad de la vida. Este reciente concepto incluye varios niveles de la organización biológica. Abarca a la diversidad de especies de plantas y animales que viven en un sitio, a su variabilidad genética, a los ecosistemas de los cuales forman parte estas especies y a los paisajes o regiones en donde se ubican los ecosistemas. También incluye los procesos ecológicos y evolutivos que se dan a nivel de genes, especies, ecosistemas y paisajes

El concepto fue acuñado en 1985, en el Foro Nacional sobre la Diversidad Biológica de Estados Unidos. Edward O. Wilson (1929 - ), entomólogo de la Universidad de Harvard y prolífico escritor sobre el tema de conservación, quien tituló la publicación de los resultados del foro en 1988 como “Biodiversidad”.

Los seres humanos hemos aprovechado la variabilidad genética y “domesticado” por medio de la selección artificial a varias especies; al hacerlo hemos creado una multitud de razas de maíces, frijoles, calabazas, chiles, caballos, vacas, borregos y de muchas otras especies. Las variedades de especies domésticas, los procesos empleados para crearlas y las tradiciones orales que las mantienen son parte de la biodiversidad cultural.

En cada uno de los niveles, desde genes hasta paisaje o región, podemos reconocer tres atributos: composición, estructura y función.

La composición es la identidad y variedad de los elementos (incluye qué especies están presentes y cuántas hay), la estructura es la organización física o el patrón del sistema (incluye abundancia relativa de las especies, abundancia relativa de los ecosistemas, grado de conectividad, etc.) y la función son los procesos ecológicos y evolutivos (incluye a la depredación, competencia, parasitismo, dispersión, polinización, simbiosis, ciclo de nutrientes, perturbaciones naturales, etc.)

Niveles de organizacion biologica

La organización biológica o jerarquía de la vida, es la jerarquía de estructuras y sistemas biológicos complejos que definen la vida mediante una aproximación reduccionista.La jerarquía tradicional, como se detalla más abajo, va desde el átomo (como nivel inferior) a la biosfera. Los niveles superiores de este esquema se les da frecuentemente el nombre de organización ecológica.

La biología (la ciencia que estudia a los seres vivos) se ocupa de analizar jerarquías o niveles de organización que van desde la célula a los ecosistemas. Este concepto implica que en el universo existen diversos niveles de complejidad.

Por lo tanto, es posible estudiar biología a muchos niveles, desde un conjunto de organismos (comunidades) hasta la manera en que funciona una célula o la función de las moléculas de la misma.

Para una mayor comprensión, partiendo desde la materia no viva, en orden ascendente mencionaremos los principales niveles de organización:

1.- Nivel molecular: Es el nivel abiótico o de la materia no viva.

En este nivel molecular se distinguen cuatro subniveles:

- Subnivel subatómico: Lo constituyen las partículas subatómicas; es decir, los protones, electrones y neutrones.

- Subnivel atómico: Constituido por los átomos, que son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción.

- Subnivel molecular: Constituido por las moléculas;, es decir, por unidades materiales formadas por la agrupación de dos o más átomos mediante enlaces químicos (ejemplos: O₂, H₂O), y que son la mínima cantidad de una sustancia que mantiene sus propiedades químicas. Distinguimos dos tipos de moléculas: inorgánicas y orgánicas.

- Subnivel macromolecular: Está constituido por los polímeros que son el resultado de la unión de varias moléculas (ejemplos: proteínas, ácidos nucleicos). La unión de varias macromoléculas da lugar a asociaciones macromoleculares (ejemplos: glucoproteínas, cromatina). Por último, las asociaciones moleculares pueden unirse y formar organelos u orgánulos celulares (ejemplos.: mitocondrias y cloroplastos).

Las asociaciones moleculares constituyen el límite entre el mundo biótico (de los seres vivos) y el abiótico (de la materia no viva o inerte). Por ejemplo, los ácidos nucleicos poseen la capacidad de autorreplicación, una característica de los seres vivos.

2.- Nivel celular: Incluye a la célula, unidad anatómica y funcional de los seres vivos. La más pequeña unidad estructural de los seres vivos capaz de funcionar independientemente.

Cada célula tiene un soporte químico para la herencia (ADN), un sistema químico para adquirir energía etc.

Se distinguen dos tipos de células:

Las células procariotas: son las que carecen de envoltura nuclear y, por lo tanto, la información genética se halla dispersa en el citoplasma, aunque condensada en una región denominada nucleoide.

Las células eucariotas son las que tienen la información genética rodeada por una envoltura nuclear, que la aísla y protege, y que constituye el núcleo.

Las células son las partes más pequeñas de la materia viva que pueden existir libres en el medio. Los organismos compuestos por una sola célula se denominan organismos unicelulares, y deben desarrollar todas las funciones vitales.

3.- Nivel pluricelular u orgánico: Incluye a todos los seres vivos constituidos por más de una célula. En los seres pluricelulares existe una división de trabajo y una diferenciación celular alcanzándose distintos grados de complejidad creciente:

- Tejidos: es un conjunto de células muy parecidas que realizan la misma función y tienen el mismo origen. Por ejemplo el tejido muscular cardíaco.

- Órganos: Grupo de células o tejidos que realizan una determinada función. Por ejemplo, el corazón, es un órgano que bombea la sangre en el sistema circulatorio.

- Sistemas: es un conjunto de varios órganos parecidos que funcionan independientemente y  están organizados para realizar una determinada función; por ejemplo, el sistema circulatorio.

- Aparatos: Conjunto de órganos que pueden ser muy distintos entre sí, pero cuyos actos están coordinados para constituir una función.

4.- Nivel de población: Los seres vivos generalmente no viven aislados, sino que se relacionan entre ellos.

Una población es un conjunto de individuos de la misma especie, que viven en una misma zona en un momento determinante y que se influyen mutuamente. Grupos de individuos similares que tienden a aparearse entre sí en un área geográfica limitada. Esto puede ser tan sencillo como un campo con flores separado de otro campo por una colina sin flores, o una manada de cabras en un predio.

Una Comunidad es: la relación entre grupos de diferentes especies. Por ejemplo, las comunidades del desierto pueden consistir en conejos, coyotes, víboras, ratones, aves y plantas como los cactus. La estructura de una comunidad puede ser alterada por cosas tales como el fuego, la actividad humana y la sobrepoblación.

5.- Nivel de ecosistema: La diferentes poblaciones que habitan en una misma zona en un momento determinado forman una comunidad o biocenosis. Las condiciones fisicoquímicas y las características del medio en el que viven constituyen el biotopo. Al conjunto formado por la biocenosis, el biotopo y las relaciones que se establecen entre ambos se denomina ecosistema.

6.- Biósfera: La suma de todos los seres vivos tomados en conjunto con su medio ambiente. En esencia, el lugar donde ocurre la vida, desde las alturas de nuestra atmósfera hasta el fondo de los océanos o hasta los primeros metros de la superficie del suelo (o digamos mejor kilómetros sí consideramos a las bacterias que se pueden encontrar hasta una profundidad de cerca de cuatro kilómetros de la superficie). Dividimos a la Tierra en atmósfera (aire), litósfera (tierra firme), hidrósfera (agua), y biósfera (vida).

3.2 Dinámica poblacional:

La dinámica de poblaciones es la especialidad de la ecología que se ocupa del estudio de los cambios que sufren las poblaciones biológicas en cuanto a tamaño, dimensiones físicas de sus miembros, estructura de edad y sexo y otros parámetros que las definen, así como de los factores que causan esos cambios y los mecanismos por los que se producen.

La dinámica de poblaciones es el principal objeto de la biología matemática en general y de la ecología de poblaciones en particular. Tiene gran importancia en la gestión de los recursos biológicos, como las pesquerías, en la evaluación de las consecuencias ambientales de las acciones humanas y también en campos de la investigación médica relacionados con las infecciones y la dinámica de las poblaciones celulares.

Densidad poblacional :

La densidad de población (también denominada formalmente población relativa, para diferenciarla de la absoluta que se refiere al número de habitantes) se refiere simplemente alnúmero de habitantes de una región a través del territorio de una unidad funcional o administrativa (continente, país, estado, provincia, departamento, distrito, condado, etc.).

Su sencilla fórmula es la siguiente:

Como a nivel mundial las superficies usualmente se expresan en kilómetros cuadrados, la densidad obtenida comúnmente corresponde a habitantes por km². No obstante, en los países angloparlantes se suele utilizar la milla cuadrada como unidad de superficie, por lo que en ellos la población relativa es normalmente expresada por medio de hab./mi²

Naturalmente, dentro de un mismo país, las regiones urbanas tienen una mayor densidad demográfica que las rurales. Sin embargo, en las comparaciones internacionales esto no siempre es así. Por ejemplo, algunas zonas rurales de la superpoblada isla indonesia de Java tienen mayor densidad que algunas regiones urbanizadas de Europa.

Los países o territorios más densamente poblados del mundo usualmente también son bastante pequeños y, en algunos, casos, se trata de ciudades-Estado. Entre ellos se encuentran Macao (región administrativa especial de China), Singapur, Hong Kong (otra RAE china), el pequeño principado europeo de Mónaco y algunas islas de las Antillas Menores, como Barbados y San Vicente y las Granadinas. Por otro lado, entre las naciones con mayor población absoluta se destacan por su densidad Bangladesh, la India y Japón. En América Latina sobresalen Puerto Rico, El Salvador (la nación más densamente poblada del istmo centroamericano), Guatemala y Cuba.

En 1991 la Ciudad amurallada de Kowloon había alcanzado una población superior a los 50.000 habitantes, malviviendo en sus escasos 0,026 km², ostentando el triste récord de tener la mayor densidad de población del planeta con 1.900.000 habitantes por km².

A mediados de 2009 la densidad de población promedio mundial es de 50 hab./km² (sin contar la distorsión estadística provocada por el “peso muerto” que implican los aproximadamente 14 millones de km² de la Antártida; si se los incorpora, la población relativa mundial baja a 45 hab./km²)

Principales propiedades de las poblaciones:

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Las principales propiedades emergentes de las poblaciones son las siguientes: Tamaño, Densidad, Patrón de Distribución, Tasa de crecimiento poblacional, Estructura poblacional,  propiedades 

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3.   1.-TAMAÑO: El tamaño es el numero de organismos que compone una población y es una medida de su abundancia

·     2.- DENSIDAD:  Es el número de organismos por unidad de área. Brinda información de que tan cerca es decir que tan apiñados e encuentran los organismos, da información sobre la intensidad de sus interacciones ecológicas. Por ejemplo, en un cultivo de caña de azúcar con una densidad de ocho individuos por metro cuadrado seguramente habrá una mayor competencia por los recursos que en uno con una densidad de dos individuos por metro cuadrado. Para el caso de poblaciones de animales que se mueven, la densidad cambia constantemente y por lo tanto es difícil de estimar . Sin embargo es útil como una medida de abundancia y puede ser muy informativa.

·     3.- PATRON DE DISTRIBUCIONES:  el arreglo espacial de los organismos en una población. En general ay tres patrones de distribución: el agregado el aleatorio y el uniforme Obviamente eso se refiere a solo los organismos sésiles que no se mueven y que forman arreglos espaciales más o menos estables. La mayoría De las poblaciones de plántulas se establecen a manera de grupos ocupados los espacios de mayor abundancia de recurso.

·      4.- A) Agregado B) Aleatorio C) Uniforme

·     5.- Parámetros Demográficos Los parámetros demográficos son los procesos que dan lugar a cambios numéricos en las poblaciones. Hay cuatro parámetros demográficos básicos: La tasa de natalidad, la tasa de moralidad, la tasa de emigración y la tasa de inmigración. La tasa de natalidad indica cuantos individuos nacen por unidades de tiempo y es una consecuencia de la reproducción. La tasa de mortalidad es el número de individuos que mueren por unidad de tiempo. El movimiento de individuos entre poblaciones se mide atreves de la tasa de inmigración y de emigración.

·      6.- Tasa de crecimiento poblacional Como resultado de los nacimientos, las muertes las emigraciones y la inmigraciones l tamaño de la poblaciones cambia con el tiempo. Esta tasa de cambios se conoce como tasa de crecimiento poblacional y es uno de los parámetros más importantes de las poblaciones que los ecólogos intentan conocer. Hay muchas maneras de cuantificar la tasa de crecimiento poblacional. Una es forma porcentual. También se puede presentar de manera relativa. La variable que describe el crecimiento poblacional de manera relativa. La variable que describe el crecimiento poblacional d esta forma se llama tasa intrínseca de crecimiento representada por letra r y se refiere al cambio poblacional per cápita es decir por cada individuo de la población.

Curva de crecimiento poblacional

Cuando se gráfica el tamaño de las poblaciones en eltiempo resultan dos clases básicas de curvas, en S y en J.

Supongamos que varios años anormalmente rigurosos han reducido cierta poblacional un nivel bajo, pero luego las condiciones vuelven a la normalidad. Así, la población llega a aumentar de forma exponencial, hasta que ocurre una de dos cosas.

Una es que los enemigos naturales entran en acción y hacen que la población se nivele y se mantenga un equilibrio dinámico. Este patrón se conoce como curva en S

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En ausencia de enemigos, la población sigue creciendo hasta que agota los recursos esenciales y ocurre una brusca mortandad provocada por el hambre y/o enfermedad es relacionada. Esta grafica se denomina curva en J.

Estrategias de crecimiento poblacional “r” y “k”. Curvas de supervivencia

El número de individuos de las poblaciones está en relación directa con su capacidad de reproducirse, pero condicionado por las características del ambiente en el cual se desarrolla cada especie.

Elefante: estrategia K para la sobrevivencia.

Consecuente con ello, los diferentes organismos, animales o vegetales, utilizan variadas estrategias de sobrevivencia para conservar su población.

Al respecto, los científicos han expresado la llamada teoría de la selección r/K, según la cual  las fuerzas evolutivas operan en dos direcciones diferentes: r o K en relación con la probabilidad de supervivencia de individuos de diferentes especies de plantas y animales.

Esto signifca que algunos organismos utilizan lo que se define como laestrategia r, y otros la estrategia K, donde las letras r y K provienen de los símbolos utilizados para representar la rapidez o tasa de reproducción (r), y la capacidad de carga del ambiente (K).

Estrategia K

Propia de organismos de ambientes estables, con una tasa reproductiva baja, que producen un pequeño número de crías a las que ofrecen cuidados paternos, lo que reduce su mortalidad al mínimo. Esto signifca que se trata de organismos que invierten gran cantidad de recursos en unos pocos descendientes, cada uno de los cuales tiene una alta probabilidad de supervivencia. Esta estrategia puede resultar exitosa pero hace a la especie vulnerable respecto a la suerte de un pequeño número de individuos.

Generalmente son especies de grandes dimensiones corporales, con edad prolongada y reproducción tardía, que desarrollan mecanismos defenisvos y que suelen enfrentar competencia interespecífica.

Su curva de sobrevivencia cacterítica es de tipo convexo.

Mariposa monarca: estrategia r para sobrevivir.

Entre los estrategas K se encuentra la mayor parte de los mamíferos, como los elefantes, el rinoceronte, la jirafa, el ganado y los seres humanos. También árboles con pocas semillas, grandes, ricas en nutrientes, cargadas de alcaloides o con defensas mecánicas (espinas, cortezas duras, etc.), son típicas de estrategia K, v. gr., palma de coco, aguacate, zapote.

Por su estrecha dependencia en el hábitat, y su poca facilidad para adaptarse a nuevas situaciones, las especies en peligro de extinción son por lo general estrategas K. Por el número bajo de individuos y la lentitud de su reproducción, los estrategas K rara vez sirven de fuente principal de alimento para otras especies bajo condiciones naturales.

Debemos notar que aves y mamíferos que invierten tiempo y energía en el cuidado de sus hijos, durante períodos prolongados, son el ejemplo clásico de los estrategas K.

Estrategia r

Típica de organismos cuyo hábitat es inestable, tiene una tasa de reproducción elevada, produciendo un gran número de crías. Sin embargo, no proporcionan cuidados paternos, por lo cual se observa una gran mortalidad.

Suelen ser especies de tamaño pequeño, con edad corta y de reproducción temprana. No desarrollan mecanismos defensivos y  suelen enfrentar competencia intraespecífica.

Su curva de sobrevivencia es de tipo cóncavo.

Abundantes semillas aseguran la sobrevivencia de una especie.

Ejemplos: roedores, tortuga marina,  insectos. Las plantas anuales o perennes, con abundantes semillas, pequeñas, sin compuestos secundarios ni otras defensas contra la depredación son típicas de estrategia r, v. gr., pinos, robles, ceibas, pastos y yerbas en general. En forma análoga, lo hacen los invertebrados terrestres y acuáticos, muchas especies de peces, producen innumerables propágulos que se dispersan pasivamente, sufren altas tasas de depredación.

La población de estas especies consideradas estrategas r depende mayormente de la rapidez con que se reproducen, y no de la capacidad de carga del hábitat. Las mismas sirven por lo general de fuente
de alimento para las especies consideradas como estrategas K.

Una acotación: Los ejemplos entregados, en ambas estrategias, subrayan el hecho de que r y K son extremos de un espectro de adaptaciones; de hecho, la mayoría de las especies tanto de plantas como de animales emplean estrategias intermedias.

Curvas de sobrevivencia

Son las representaciones gráficas de los índices de sobrevivencia y muestran cuál es la edad más vulnerable de una esepcie: es decir, cuándo tienen menos posibilidades de sobrevivir y mayor mortalidad.

Existen tres tipos de durvas de sobrevivencia: convexa o Tipo I, recta o Tipo II y cóncava o Tipo III.

Convexa o Tipo I: es común en poblaciones donde la mortalidad se acentúa cuando los organismos alcanzan el estado adulto, y se la conoce como de pérdidas tardías, pues son los individuos de mayor edad los más vulnerables. El ser humano y muchos mamíferos de gran talla muestran este tipo de curva.

Recta o Tipo II: característica de sobrevivencia de las poblaciones con una mortalidad constante durante su vida. Es el caso de la hidra, algunas plantas como las palmas o de muchas aves.

Cóncava o Tipo III: Característica de poblaciones con un alto índice de mortalidad en atapas jóvenes. Por ejemplo: las de muchos invertebrados, entre ellos los moluscos e insectos; de vertebrados comoolos peces, y las plantas que producen numerosas semillas pero cuya descendencia en su mayoría no sobrevive.

3.3 Dispersión y conceptos biogeográficos

La dispersión atañe a un grupo sistemático el cual está sometido a variaciones en el tiempo que afectan sus fronteras. En un sentido amplio, el término dispersión implica el proceso mediante el cual un organismo es capaz de propagarse gradualmente desde su lugar de origen hacia otro sitio (Udvardy, 1969). En tendiéndose por propagación al movimiento azaroso y distante, y que atraviesa barreras, que llevan a las especies a establecerse en nuevos sitios que antes no habitaban

El concepto de dispersión requiere una aclaración previa en un contexto biogeográfico (zunino, 2003). En el idioma inglés existen dos términos diferentes que a veces se confunden, pero que implican conceptos completamente distintos: dispersión y dispersal; ambas palabras hacen referencia a la dispersión en español. (Contreras, 2001)

El termino en un contexto biogeografico, implica la expansión gradual del área de distribución bajo condiciones favorables del medio, lo que permite la ampliación del área de distribución original de una especie sin atravesar barreras. Sin embargo, en nuestro idioma un solo término (dispersión) alude a ambos conceptos y no existe diferencia entre ellos, por lo que no es raro que exista confusión.

Desde el punto de vista de Croizat, los organismos de una especie presentan una etapa de movilidad que consiste precisamente en la expansión del área de distribución original a todas las áreas con condiciones favorables posibles sin que intervengan barreras, generación tras generación (Figura 1A), lo que se podría definir como difusión a zonas adyacentes al sitio original de distribución de una especie (Espinosa y Llorente, 1993; Craw y cols., 1999). Como puede observarse, la movilidad no se relaciona con la dispersión de la escuela dispersalista, proceso que involucra el traslado a través de barreras (Figura 1B). Si comparamos los dos términos del inglés con los enfoques biogeográficos, dispersion equivaldría a la etapa de movilidad en ausencia de barreras propuesta en la panbiogeografía, mientras que dispersal implicaría el proceso de cruzar barreras de la biogeografía dispersalista.