Dependiendo del ritmo de crecimiento de la población, trazar la curva de crecimiento de la población puede ser más fácil o más difícil. Por ejemplo, será más fácil hacer un seguimiento de cada nueva cría nacida en una población de ballenas que sólo se reproducen cada 2 ó 3 años, en comparación con una población de bacterias que crecen exponencialmente en cuestión de horas.
El crecimientoexponencial se refiere al aumento de una población en proporción a su número actual. Un gráfico exponencial da lugar a una curva en forma de J.
En tales casos, es necesario utilizar en su lugar una escala logarítmica. Las escalas logarítmicas permiten mostrar una gama más amplia de valores en un mismo gráfico. A diferencia de una escala lineal, la escala logarítmica no tiene intervalos iguales entre los números del eje y.
Una escala logarítmica no es lineal, lo que significa que los números 1, 10 y 100 están igualmente espaciados en el eje y. Escribe tu valor y pulsa el botón' log' para convertir números de una escala lineal a una logarítmica en una calculadora. El número base del logaritmo suele ser 10 en una calculadora científica.
Por ejemplo, si introduces log10(10000) en tu calculadora, obtendrás 4. Tienes que multiplicar tu número base, que es 10, por sí mismo 4 veces para obtener tu número original, que es 10000.
Fig. 1 - La escala lineal y la escala logarítmica
¿Cómo afecta la capacidad de carga al tamaño de la población?
Si los organismos se reprodujeran continuamente, su población aumentaría hasta el infinito. Sin embargo, los sistemas del mundo real tienen muchas limitaciones que impiden que esto ocurra.
Tomemos un rebaño de vacas en un campo. Si empezáramos con sólo cuatro vacas, tendrían mucho espacio para vagar y hierba para consumir. Sin embargo, a medida que se reproduzcan, el tamaño de la población crecerá y necesitarán más comida para sobrevivir. Más vacas también ocuparán más espacio. Mientras tanto, el tamaño del campo y la cantidad de hierba disponible seguirán siendo los mismos.
La población de vacas también puede empezar a interactuar con otros organismos del ecosistema, disminuyendo o aumentando su número.
Puede haber parásitos en el campo que transmitan enfermedades a las vacas, matándolas o impidiendo que se reproduzcan. También puede haber gusanos e insectos que mantengan sano el suelo y fomenten el crecimiento de la hierba, dándoles mucho de comer.
Por tanto, la combinación exacta de condiciones de un ecosistema sólo puede soportar un tamaño máximo específico de población estable, conocido como capacidad de carga. Más allá de un determinado número de individuos dictado por la capacidad de carga, el crecimiento de la población se ralentiza debido a los factores limitantes que se encuentran en el ecosistema.
Fig. 2 - La capacidad de carga de una población a lo largo del tiempo
¿Qué factores abióticos afectan al tamaño de la población?
Los factores abióticos afectan a las partes no vivas del ecosistema. Muchos de estos factores pueden influir en el tamaño de la población de un ecosistema.
Temperatura
Un ejemplo es la temperatura. Las distintas especies funcionan a temperaturas óptimas diferentes, y cuanto más se aleje la temperatura de un ecosistema de la óptima de una población concreta, menos individuos podrán sobrevivir. La temperatura puede afectar significativamente a la bioquímica de un organismo.
En las plantas, los animales de sangre fría (poiquilotermos/ectotermos) y otros organismos cuya temperatura corporal se regula externamente, las enzimas funcionan más lentamente cuando la temperatura es subóptima (por debajo o por encima de las condiciones óptimas) y se reducen las tasas metabólicas. Del mismo modo, las enzimas pueden empezar a desnaturalizarse a temperaturas superiores a las óptimas, lo que reduce su eficacia.
La desnaturalización describe la alteración de la estructura de una proteína (normalmente enzimas) y de su función. Este cambio se produce porque el sustrato ya no complementa el sitio activo de la enzima.
En cambio, los animales de sangre caliente, como las aves y los mamíferos (endotermos/homotermos), mantienen una temperatura corporal constante independientemente de la temperatura exterior. Sin embargo, también se ven afectados por la temperatura del ecosistema. Mantener una temperatura corporal constante requiere energía. Cuanto más se aleja la temperatura del entorno del valor óptimo, más energía tienen que gastar los organismos para mantener su temperatura corporal mediante la homeostasis. Más energía gastada en la homeostasis significa menos energía disponible para el crecimiento y la reproducción, lo que limita el crecimiento de la población.
La homeostasis describe la regulación y el mantenimiento de un entorno interno constante. Los mecanismos de regulación incluyen bucles de retroalimentación negativa y bucles de retroalimentación positiva.
Espacio
El espacio es otro factor que puede limitar el tamaño de la población de un ecosistema. Algunos organismos necesitan hectáreas de tierra para vagar, sobrevivir y reproducirse, mientras que otros pueden hacerlo dentro de zonas más contenidas. Los hábitats tienen una cantidad finita de espacio, lo que limita el número de productores que pueden crecer allí, limitando posteriormente el número de consumidores que pueden alimentarse de ellos, y así sucesivamente. Una reducción significativa del espacio concedido a una población puede ser a veces perjudicial para su supervivencia. Para saber más sobre esto, consulta nuestro artículo sobre Variación.
Otros factores importantes son, entre otros, la disponibilidad de luz, la humedad y el pH del suelo.
¿Qué factores bióticos afectan al tamaño de la población?
Los factores bióticos que afectan al tamaño de la población describen la influencia de los componentes vivos de un ecosistema. Los principales factores bióticos son
- Competencia
- Depredación
- Enfermedad
- Disponibilidad de alimentos
- Acumulación de residuos
Competencia
La competencia puede dividirse en
- Competencia interespecífica - entre miembros de especies diferentes.
- Competencia intraespecífica: entre miembros de la misma especie.
Los ecosistemas tienen recursos limitados, como agua y refugio. Las especies que obtienen estos recursos de forma más eficaz tienen una ventaja competi tiva sobre las demás especies. Con el tiempo, las especies con una ventaja competitiva harán que el tamaño de la población de las otras especies se reduzca drásticamente.
Depredación
La depredación se produce cuando otra consume a un organismo. La presa es un recurso limitado para el depredador.
La relación depredador-presa muestra un patrón fluctuante . Este patrón se produce porque la población de depredadores aumenta cuando hay presas disponibles para alimentarse. La población de presas se reduce y, como consecuencia, la población de depredadores también se reduce al haber menos alimento disponible.
Enfermedad
Las infecciones causadas por patógenos, como bacterias y parásitos, reducen la salud y la aptitud de los organismos, lo que repercute negativamente en la tasa de reproducción y supervivencia. En consecuencia, se reduce el tamaño de la población de las especies susceptibles a las enfermedades.
Disponibilidad de alimentos
Como acabamos de leer en la sección sobre depredación, la comida es un recurso limitado en un ecosistema. Cuando la comida escasea, las especies compiten por obtener el recurso limitado.
En la competencia intraespecífica, los miembros de la misma especie competirán, y los organismos más aptos para obtener alimento superarán a los demás. En la competencia intraespecífica, competirán especies diferentes, y la especie con ventaja competitiva superará a la otra.
Acumulación de residuos
Cuando el número de habitantes es elevado, los organismos producen más residuos, como las aguas residuales humanas. La acumulación de residuos puede alcanzar niveles tóxicos, reduciendo la calidad del aire y del agua de los hábitats. Como consecuencia, se reduce la tasa de reproducción y supervivencia de los organismos.
¿Cómo podemos calcular la tasa de crecimiento de la población?
Imagina una población cerrada que no interactúa con el mundo exterior. Sólo habría dos formas de que cambiara el tamaño de la población: aumentará si nacen nuevos individuos en la población, y disminuirá si mueren individuos. Así pues, los factores esenciales que determinan el crecimiento de la población son la tasa de natalidad y la tasa de mortalidad.
En el mundo real, las poblaciones no existen aisladas. La mayoría de las poblaciones pueden interactuar con otras poblaciones, y puede haber múltiples hábitats viables dentro del área de movimiento de la especie. Esto introduce el elemento de la migración, por el que los individuos se desplazan de una población a otra. Hay dos tipos de migración. Cuando un individuo se une a una población, lo que se conoce como inmigración, y cuando un individuo abandona una población, lo que se conoce como emigración.
Si combinamos estos elementos, podemos obtener la ecuación básica del crecimiento de la población. Los nacimientos y la inmigración aumentan el tamaño de la población, mientras que las muertes y la emigración lo disminuyen, lo que nos da:
Tamaño de la población = nacimientos + inmigración - defunciones - emigración
A lo largo del tiempo, la tasa de crecimiento de la población se calcula como el cambio de población durante el periodo dividido por la población al inicio del periodo, multiplicado por 100.
Calculemos el crecimiento de una población de ratones de enero a marzo. En enero, la población estaba formada por 40 ratones. Diez ratones murieron, y desde entonces han nacido 40 ratones más. Supongamos que no hay migración. ¿Cuál es la tasa de crecimiento de la población?
- Empecemos calculando el número actual de ratones. Murieron 10 ratones y nacieron 40, lo que nos da 40 - 10 + 40 = 70 ratones.
- El cambio de población es igual a la población actual - la población inicial. Esto nos da 70 - 40 = 30.
- Divídelo por la población al inicio del periodo. 30/40 = 0.75.
- Multiplícalo por 100 para obtener el porcentaje. La tasa de crecimiento de la población es del 75%; en otras palabras, la población aumentó un 75%.
¿Cómo podemos investigar el tamaño de las poblaciones en biología?
Es necesario conocer la abundancia y la distribución de las distintas especies dentro de sus hábitatspara estudiar el tamaño de las poblaciones en su ecosistema. La abundancia se refiere al número de individuos de una especie en un área determinada, mientras que la distribución se refiere a cómo están repartidos por un área determinada.
Sin embargo, identificar y contar cada individuo de un ecosistema es una tarea ardua y que requiere mucho tiempo, sobre todo en ecosistemas vastos y complejos. Por ello, es necesario utilizar técnicas de muestreo que nos permitan estimar la abundancia y distribución de las poblaciones dentro de los ecosistemas.
¿Cuáles son los tipos de muestreo en biología?
En biología se utilizan varios métodos para muestrear hábitats. Dos de estos métodos son el muestreo aleatorio y el muestreo sistemático.
Como su nombre indica, en el muestreo aleatorio, los puntos de muestreo de una zona concreta se eligen completamente al azar para reducir el sesgo en los resultados comunicados. En cambio, en el muestreo sistemático, la posición de los puntos de muestreo la elige el investigador por una razón determinada.
El muestreo aleatorio suele ser la mejor opción para hábitats razonablemente uniformes. Sin embargo, el muestreo sistemático puede ser más apropiado cuando existe un patrón claro en el entorno (como un gradiente en el pH del suelo o la intensidad de la luz).
Fig. 3 - Diferencia entre muestreo aleatorio y muestreo sistemático
¿Cuáles son los métodos de muestreo utilizados para estimar el tamaño de una población?
Hay tres métodos principales para muestrear el tamaño de la población:
- Cuadrículas (punto y marco)
- Transectos
- Marcaje-liberación-recaptura
Cuadrantes
Hay dos cuadrantes de uso frecuente: el cuadrante de puntos y el cuadrante de cuadros.
Un cuadrante de puntos es una barra horizontal sostenida por dos patas con agujeros a intervalos fijos. Se deja caer un alfiler largo en cada uno de los agujeros, y cada especie que toca el alfiler se registra como muestra. Por otro lado, un quadrat de marco es un marco dividido en cuadrantes de igual tamaño mediante cuerda o alambre metálico. Se registra la abundancia de las distintas especies en cada cuadrante.
Las cuadrículas son métodos de muestreo muy útiles para las especies de plantas y hongos y los animales no móviles o de movimientos lentos que no se alejan cuando se les aproxima.
¿Cómo podemos calcular la frecuencia de una especie?
Los resultados de abundancia de las cuadrículas pueden utilizarse para determinar la frecuencia o la probabilidad de que una especie concreta se dé en una zona determinada. Esto se utiliza normalmente para las especies que son fácilmente contables.
Para calcular la frecuencia, se divide el número de cuadrículas en las que está presente la especie por el número total de cuadrículas multiplicado por 100. La fórmula es la siguiente
Frecuencia de especies = (número de casillas en las que está presente la especie ÷ número de casillas) x 100
Si una especie de insecto se encontrara en 20 de 50 cuadrados, la frecuencia de especies sería ((20/50) x 100 =) 40%.
¿Cómo podemos calcular el porcentaje de cobertura de una especie?
Las cuadrículas también pueden utilizarse para determinar el porcentaje de cobertura o la porción de una zona determinada en la que se da una especie concreta. Esto puede ser útil cuando es difícil identificar organismos individuales, como hierbas, musgos y hongos.
El cuadrilátero se divide en 100 cuadrados más pequeños, y el número de cuadrados en los que aparece la especie equivale a su porcentaje de cobertura Para calcularlo, . Expresado en forma de fórmula, nos da:
Porcentaje de cobertura = número de cuadrados en los que está presente la especie ÷ 100
Si el musgo se encuentra en 15 de los 100 cuadrados más pequeños del cuadrante, y la hierba en 30 de los cuadrados, el porcentaje de cobertura del musgo es del 15% y el de la hierba del 30%.
Transectos de cinturón
Algunas zonas muestran un patrón distinguible de cambio en sus condiciones físicas. En estos casos, es más apropiado utilizar métodos de muestreo sistemático como los transectos en cinturón.
Un transecto es una línea a lo largo de la cual se toman muestras de la población. Las cuadrículas se colocan a intervalos regulares a lo largo de la línea -por ejemplo, cada diez metros de altitud o cada 0,5 de pH- y se registra el número de especies en cada cuadrado. Esto nos proporciona muestras continuas que podemos utilizar para determinar si los cambios en la distribución y abundancia de las especies se corresponden con cambios en las condiciones físicas.
Fig. 4 - Una línea de transecto que muestra cuadrículas a intervalos uniformes correspondientes al pH del suelo
¿Qué es marcar-liberar-recapturar?
La mayoría de los animales se mueven demasiado deprisa para ser contados con los métodos descritos anteriormente.Para contabilizar estas especies se utilizan métodos de marcado, liberación y recaptura.
Se captura un número determinado de animales, se marcan con un identificador (por ejemplo, con diferentes colores de pinturas impermeables seguras para los animales) y se sueltan en la naturaleza para que se mezclen con la población. Al cabo de un tiempo, se recoge otra muestra de individuos de la población y se registra el número de individuos marcados dentro de la muestra recapturada.
Este método parte de los siguientes supuestos
- Los individuos marcados se han mezclado plena y aleatoriamente con la población principal.
- El proceso de captura y marcado no ha afectado a las tasas de supervivencia de ningún individuo.
- Las marcas realizadas han permanecido en su sitio.
- La población no ha crecido ni disminuido significativamente entre el primer y el segundo muestreo.
A partir de ahí, podemos estimar el tamaño de la población (N) multiplicando el número de individuos de la primera (n1) y la segunda (n2) muestras y dividiéndolo por el número de individuos marcados recapturados (m). La ecuación es la siguiente
N = (n1 x n2) / m
Si tuviéramos que investigar la abundancia de mariposas en una parcela de pradera, podríamos utilizar redes para capturar y marcar una muestra de mariposas en el ala o el abdomen y soltarlas en la naturaleza. Un día después, podemos volver a capturar otra gran muestra y contar cuántas están marcadas.
Sea n1= 200, n2 = 213 y m = 50. Si los introducimos en la ecuación anterior, obtenemos (200 x 213) / 50 = 852. Hay aproximadamente 852 mariposas en el prado.
Tamaño de la población - Puntos clave
Una curva de crecimiento de la población representa los cambios en el tamaño de una población a lo largo del tiempo. Puede trazarse en una escala lineal o logarítmica.
La capacidad de carga de una población viene determinada por una combinación de factores abióticos y bióticos.
Para muestrear el tamaño de una población, los investigadores utilizan el muestreo aleatorio o sistemático. En el muestreo aleatorio, los puntos de muestreo se eligen completamente al azar, mientras que en el muestreo sistemático, la posición de los puntos de muestreo la elige el investigador por una razón determinada.
Los quadrats (punto y marco) o los transectos en cinturón son técnicas de muestreo útiles y menos móviles. El método de marcado-liberación-recaptura es el más utilizado para las especies muy móviles.
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