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27.1: Demografía y dinámica de la población - Biología

27.1: Demografía y dinámica de la población - Biología



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Las poblaciones son entidades dinámicas. De hecho, aunque a veces se asume que el término "demografía" significa un estudio de poblaciones humanas, todas las poblaciones vivas pueden estudiarse utilizando este enfoque.

Tamaño y densidad de la población

Las poblaciones se caracterizan por el tamaño de su población (número total de individuos) y su densidad de población (número de individuos por unidad de área). Una población puede tener una gran cantidad de individuos distribuidos de forma densa o escasa. También hay poblaciones con pequeñas cantidades de individuos que pueden ser densas o estar muy escasamente distribuidas en un área local. El tamaño de la población puede afectar el potencial de adaptación porque afecta la cantidad de variación genética presente en la población. La densidad puede tener efectos sobre las interacciones dentro de una población, como la competencia por la comida y la capacidad de los individuos para encontrar pareja. Los organismos más pequeños tienden a tener una distribución más densa que los organismos más grandes (Figura 19.1.1).

CONEXIÓN DE ARTE

Como muestra este gráfico, la densidad de población generalmente disminuye al aumentar el tamaño corporal. ¿Por qué crees que es así?

Estimación del tamaño de la población

La forma más precisa de determinar el tamaño de la población es contar todos los individuos dentro del área. Sin embargo, este método generalmente no es factible desde el punto de vista logístico o económico, especialmente cuando se estudian grandes áreas. Por lo tanto, los científicos generalmente estudian las poblaciones tomando muestras de una porción representativa de cada hábitat y utilizan esta muestra para hacer inferencias sobre la población en su conjunto. Los métodos utilizados para muestrear poblaciones para determinar su tamaño y densidad se adaptan típicamente a las características del organismo que se estudia. Para organismos inmóviles como plantas, o para organismos muy pequeños y de movimiento lento, se puede usar un cuadrante. Un cuadrante es un cuadrado de madera, plástico o metal que se ubica al azar en el suelo y se usa para contar el número de individuos que se encuentran dentro de sus límites. Para obtener un recuento preciso con este método, el cuadrado debe colocarse en ubicaciones aleatorias dentro del hábitat el tiempo suficiente para producir una estimación precisa. Este método de recuento proporcionará una estimación tanto del tamaño como de la densidad de la población. El número y tamaño de las muestras cuadradas depende del tipo de organismos y la naturaleza de su distribución.

Para los organismos móviles más pequeños, como los mamíferos, a menudo se utiliza una técnica llamada marcación y recuperación. Este método implica marcar una muestra de animales capturados de alguna manera y devolverlos al medio ambiente para que se mezclen con el resto de la población; luego, se captura una nueva muestra y los científicos determinan cuántos de los animales marcados hay en la nueva muestra. Este método asume que cuanto mayor sea la población, menor será el porcentaje de organismos marcados que serán recapturados, ya que se habrán mezclado con más individuos no marcados. Por ejemplo, si se capturan, marcan y sueltan 80 ratones de campo en el bosque, entonces se captura una segunda trampa para 100 ratones de campo y se marcan 20 de ellos, el tamaño de la población (norte) se puede determinar mediante la siguiente ecuación:

número marcado como primera captura × número total segunda captura número marcado como segunda captura = N número marcado como primera captura × número total segunda captura número marcado como segunda captura = N

Usando nuestro ejemplo, el tamaño de la población sería 400.

80 × 10020 = 40080 × 10020 = 400

Estos resultados nos dan una estimación de 400 individuos en total en la población original. Por lo general, el número real será un poco diferente debido a errores fortuitos y posibles sesgos causados ​​por los métodos de muestreo.

Distribución de especies

Además de medir la densidad, se puede obtener más información sobre una población observando la distribución de los individuos a lo largo de su rango. Un patrón de distribución de especies es la distribución de individuos dentro de un hábitat en un momento particular en el tiempo; se utilizan amplias categorías de patrones para describirlos.

Los individuos dentro de una población pueden distribuirse al azar, en grupos o igualmente espaciados (más o menos). Estos se conocen como patrones de distribución aleatorios, agrupados y uniformes, respectivamente (Figura 19.1.2). Las diferentes distribuciones reflejan aspectos importantes de la biología de la especie; también afectan los métodos matemáticos necesarios para estimar el tamaño de la población. Un ejemplo de distribución aleatoria ocurre con el diente de león y otras plantas que tienen semillas dispersadas por el viento que germinan dondequiera que caigan en ambientes favorables. Se puede observar una distribución agrupada en plantas que dejan caer sus semillas directamente al suelo, como los robles; también se puede ver en animales que viven en grupos sociales (bancos de peces o manadas de elefantes). Se observa una distribución uniforme en las plantas que secretan sustancias que inhiben el crecimiento de los individuos cercanos (como la liberación de sustancias químicas tóxicas por las plantas de salvia). También se observa en especies animales territoriales, como los pingüinos que mantienen un territorio definido para anidar. Los comportamientos defensivos territoriales de cada individuo crean un patrón regular de distribución de territorios e individuos de tamaño similar dentro de esos territorios. Por lo tanto, la distribución de los individuos dentro de una población proporciona más información sobre cómo interactúan entre sí que una simple medición de densidad. Así como las especies de menor densidad pueden tener más dificultades para encontrar pareja, las especies solitarias con una distribución aleatoria pueden tener una dificultad similar en comparación con las especies sociales agrupadas en grupos.

Demografía

Si bien el tamaño y la densidad de la población describen una población en un momento particular en el tiempo, los científicos deben usar la demografía para estudiar la dinámica de una población. La demografía es el estudio estadístico de los cambios de la población a lo largo del tiempo: tasas de natalidad, tasas de mortalidad y esperanza de vida. Estas características de la población a menudo se muestran en una tabla de vida.

Tablas de vida

Las tablas de vida proporcionan información importante sobre la historia de vida de un organismo y la esperanza de vida de las personas en cada edad. Están modelados a partir de tablas actuariales utilizadas por la industria de seguros para estimar la esperanza de vida humana. Las tablas de vida pueden incluir la probabilidad de que cada grupo de edad muera antes de su próximo cumpleaños, el porcentaje de individuos sobrevivientes que mueren en un intervalo de edad particular (su tasa de mortalidad y su esperanza de vida en cada intervalo. En la Tabla se muestra un ejemplo de una tabla de vida 19.1.1 de un estudio de ovejas de montaña de Dall, una especie nativa del noroeste de América del Norte. Observe que la población está dividida en intervalos de edad (columna A). La tasa de mortalidad (por 1000) que se muestra en la columna D se basa en el número de individuos que mueren durante el intervalo de edad (columna B), dividido por el número de individuos que sobrevivieron al comienzo del intervalo (columna C) multiplicado por 1000.

tasa de mortalidad = número de individuos que mueren número de individuos que sobreviven × 1000 tasa de mortalidad = número de individuos que mueren número de individuos que sobreviven × 1000

Por ejemplo, entre las edades de tres y cuatro años, 12 personas mueren de las 776 que quedaban de las 1000 ovejas originales. Luego, este número se multiplica por 1000 para obtener la tasa de mortalidad por mil.

tasa de mortalidad = 12776 × 1000 ≈ 15,5 tasa de mortalidad = 12776 × 1000 ≈ 15,5

Como se puede ver en los datos de la tasa de mortalidad (columna D), una alta tasa de mortalidad ocurrió cuando las ovejas tenían entre seis meses y un año de edad, y luego aumentó aún más de 8 a 12 años, después de lo cual hubo pocos sobrevivientes. Los datos indican que si una oveja de esta población sobreviviera hasta el primer año, se podría esperar que viviera otros 7.7 años en promedio, como lo muestran los números de esperanza de vida en la columna E.

Esta tabla de vida de Ovis dalli muestra el número de muertes, el número de supervivientes, la tasa de mortalidad y la esperanza de vida en cada intervalo de edad para las ovejas de las montañas de Dall.

Tabla 19.1.1: Tabla de vida de las ovejas de la montaña de Dall1
ABCDmi
Intervalo de edad (años)Número de fallecidos en el intervalo de edad de cada 1000 nacidosNúmero que sobrevive al comienzo del intervalo de edad de cada 1000 nacidosTasa de mortalidad por 1000 vivos al comienzo del intervalo de edadEsperanza de vida o vida media restante para quienes alcanzan el intervalo de edad
0–0.554100054.07.06
0.5–1145946153.3
1–21280115.07.7
2–31378916.56.8
3–41277615.55.9
4–53076439.35.0
5–64673462.74.2
6–74868869.83.4
7–869640107.82.6
8–9132571231.21.9
9–10187439426.01.3
10–11156252619.00.9
11–129096937.50.6
12–1336500.01.2
13–143310000.7

Curvas de supervivencia

Otra herramienta utilizada por los ecologistas de poblaciones es una curva de supervivencia, que es un gráfico del número de individuos que sobreviven en cada intervalo de edad en función del tiempo. Estas curvas nos permiten comparar las historias de vida de diferentes poblaciones (Figura 19.1.3). Hay tres tipos de curvas de supervivencia. En una curva de tipo I, la mortalidad es baja en los años tempranos y medios y ocurre principalmente en personas mayores. Los organismos que exhiben una supervivencia de tipo I generalmente producen poca descendencia y brindan un buen cuidado a la descendencia, lo que aumenta la probabilidad de su supervivencia. Los seres humanos y la mayoría de los mamíferos exhiben una curva de supervivencia de tipo I. En las curvas de tipo II, la mortalidad es relativamente constante a lo largo de toda la vida y es igualmente probable que ocurra en cualquier momento de la vida. Muchas poblaciones de aves proporcionan ejemplos de una curva de supervivencia intermedia o tipo II. En las curvas de supervivencia de tipo III, las edades tempranas experimentan la mortalidad más alta con tasas de mortalidad mucho más bajas para los organismos que llegan a años avanzados. Los organismos de tipo III suelen producir una gran cantidad de descendientes, pero les brindan muy poco o ningún cuidado. Los árboles y los invertebrados marinos exhiben una curva de supervivencia de tipo III porque muy pocos de estos organismos sobreviven a su juventud, pero los que llegan a una edad avanzada tienen más probabilidades de sobrevivir durante un período de tiempo relativamente largo.

Resumen de la sección

Las poblaciones son individuos de una especie que viven en un hábitat particular. Los ecologistas miden las características de las poblaciones: tamaño, densidad y patrón de distribución. Las tablas de vida son útiles para calcular la esperanza de vida de los miembros individuales de la población. Las curvas de supervivencia muestran el número de individuos que sobreviven en cada intervalo de edad representado en función del tiempo.

Figura 19.1.1 Como muestra este gráfico, la densidad de población generalmente disminuye al aumentar el tamaño corporal. ¿Por qué crees que es así?

Los animales más pequeños requieren menos comida y otros recursos, por lo que el medio ambiente puede soportar más por unidad de área.

Opción multiple

¿Cuál de los siguientes métodos proporcionará información a un ecologista sobre el tamaño y la densidad de una población?

A. marcar y recuperar
B. marcar y soltar
C. cuadrante
D. tabla de vida

C

¿Cuál de las siguientes opciones es mejor para mostrar la esperanza de vida de un individuo dentro de una población?

A. cuadrante
B. marcar y recuperar
C. curva de supervivencia
D. tabla de vida

D

¿Qué tipo de curva de supervivencia tienen las poblaciones humanas?

A. Tipo I
B. Tipo II
C. Tipo III
D. Tipo IV

A

Respuesta libre

Describe cómo un investigador determinaría el tamaño de una población de pingüinos en la Antártida usando el método de marcar y soltar.

El investigador marcaría una cierta cantidad de pingüinos con una etiqueta, los devolvería a la población y, más tarde, los volvería a capturar para ver qué porcentaje estaba marcado. Este porcentaje permitiría estimar el tamaño de la población de pingüinos.

Notas al pie

  1. 1 Datos adaptados de Edward S. Deevey, Jr., "Tablas de vida para poblaciones naturales de animales", The Quarterly Review of Biology (Revista trimestral de biología) 22, no. 4 (Diciembre de 1947): 283-314.

Glosario

demografía
el estudio estadístico de los cambios en las poblaciones a lo largo del tiempo
tabla de vida
una tabla que muestra la esperanza de vida de un miembro de la población en función de su edad
marcar y recuperar
un método utilizado para determinar el tamaño de la población en organismos móviles
tasa de mortalidad
la proporción de población que sobrevive al comienzo de un intervalo de edad que muere durante ese intervalo de edad
densidad de población
el número de miembros de la población dividido por el área que se mide
tamaño de la poblacion
el número de individuos en una población
cuadratín
un cuadrado dentro del cual se realiza un recuento de individuos que se combina con otros recuentos similares para determinar el tamaño y la densidad de la población en organismos estacionarios o de movimiento lento
patrón de distribución de especies
la distribución de los individuos dentro de un hábitat en un momento dado

El envejecimiento de la población: demografía y biología del envejecimiento

Los estudios epidemiológicos muestran que el 11% de la población mundial tiene más de 60 años, lo que se prevé que aumente, para 2050, al 22% de la población. El envejecimiento oral es un enfoque actual de varias organizaciones, incluida la Federación Dentaire Internacional, la Organización Mundial de la Salud y las Asociaciones Dentales de Estados Unidos y Japón. En su Declaración de Tokio, la Asociación Japonesa identificó a la población anciana como uno de sus principales grupos destinatarios. Uno de los objetivos de la OMS es que cada persona retenga más de 20 dientes antes de los 80 años, a pesar de que la prevalencia de la enfermedad periodontal aumenta continuamente a medida que la población envejece. Cada especie tiene su propia vida útil, que está determinada por su historia evolutiva y es modificada por múltiples factores diversos, incluidos los mecanismos biológicos. En los seres humanos, la acumulación gradual de productos del metabolismo celular y el daño extenso del ADN contribuyen al proceso de envejecimiento. Se cree que el envejecimiento está asociado con un fenotipo inflamatorio de bajo grado en los mamíferos, llamado 'inflamatorio', y es el resultado de la capacidad autofágica que deteriora las llamadas 'actividades domésticas' en las células, lo que resulta en agregación de proteínas, disfunción mitocondrial y estrés oxidativo. . La proliferación retardada de células madre, asociada con el envejecimiento, puede afectar el mantenimiento y la supervivencia de un ser vivo, pero la proliferación excesiva también podría resultar en el agotamiento de las reservas de células madre. Se necesitan estudios para abordar la asociación de la proliferación celular retardada y la cicatrización de heridas con la aparición de enfermedades periodontales y la respuesta al tratamiento. Se cree que los efectos de las enfermedades sistémicas, los medicamentos, los efectos psicológicos y la disminución del interés o la capacidad para realizar prácticas de higiene bucal provocan enfermedades periodontales y, en última instancia, la pérdida de dientes en las personas de edad avanzada. Junto con una población que envejece, viene la responsabilidad de un envejecimiento "saludable" y "exitoso". Este artículo describe el perfil demográfico global cambiante y los efectos de una sociedad que envejece sobre la prevalencia e incidencia de las enfermedades periodontales. Revisamos las definiciones de envejecimiento normal y exitoso, los principios de la medicina geriátrica y los aspectos más destacados del envejecimiento biológico a nivel celular, tisular y sistémico.


Tamaño y densidad de la población

Las poblaciones se caracterizan por el tamaño de su población (número total de individuos) y su densidad de población (número de individuos por unidad de área). Una población puede tener una gran cantidad de individuos distribuidos de forma densa o escasa. También hay poblaciones con pequeñas cantidades de individuos que pueden ser densas o estar muy escasamente distribuidas en un área local. El tamaño de la población puede afectar el potencial de adaptación porque afecta la cantidad de variación genética presente en la población. La densidad puede tener efectos sobre las interacciones dentro de una población, como la competencia por la comida y la capacidad de los individuos para encontrar pareja. Los organismos más pequeños tienden a estar más densamente distribuidos que los organismos más grandes (Figura 1).

Figura 1. Los mamíferos australianos muestran una relación inversa típica entre la densidad de población y el tamaño corporal. Como muestra este gráfico, la densidad de población generalmente disminuye al aumentar el tamaño corporal. ¿Por qué crees que es así?

Estimación del tamaño de la población

La forma más precisa de determinar el tamaño de la población es contar todos los individuos dentro del área. Sin embargo, este método generalmente no es factible desde el punto de vista logístico o económico, especialmente cuando se estudian grandes áreas. Por lo tanto, los científicos generalmente estudian las poblaciones tomando muestras de una porción representativa de cada hábitat y utilizan esta muestra para hacer inferencias sobre la población en su conjunto. Los métodos utilizados para muestrear poblaciones para determinar su tamaño y densidad se adaptan típicamente a las características del organismo que se estudia. Para organismos inmóviles como plantas, o para organismos muy pequeños y de movimiento lento, se puede usar un cuadrante. A cuadratín es una estructura cuadrada que se ubica aleatoriamente en el suelo y se usa para contar el número de individuos que se encuentran dentro de sus límites. Para obtener un recuento preciso con este método, el cuadrado debe colocarse en ubicaciones aleatorias dentro del hábitat el tiempo suficiente para producir una estimación precisa.

Para los organismos móviles más pequeños, como los mamíferos, una técnica llamada marcar y recuperar se utiliza a menudo. Este método implica marcar a los animales capturados y devolverlos al medio ambiente para que se mezclen con el resto de la población. Más tarde, se captura una nueva muestra y los científicos determinan cuántos de los animales marcados hay en la nueva muestra. Este método asume que cuanto mayor sea la población, menor será el porcentaje de organismos marcados que serán recapturados, ya que se habrán mezclado con más individuos no marcados. Por ejemplo, si se capturan, marcan y sueltan 80 ratones de campo en el bosque, entonces se captura una segunda trampa para 100 ratones de campo y se marcan 20 de ellos, el tamaño de la población (norte) se puede determinar mediante la siguiente ecuación:

N = (número marcado como primera captura x número total de segunda captura) / número marcado como segunda captura
(80 x 100) / 20 = 400

Estos resultados nos dan una estimación de 400 individuos en total en la población original. Por lo general, el número real será un poco diferente debido a errores fortuitos y posibles sesgos causados ​​por los métodos de muestreo.


Estimación del tamaño de la población

La forma más precisa de determinar el tamaño de la población es contar todos los individuos dentro del área. Sin embargo, este método generalmente no es factible desde el punto de vista logístico o económico, especialmente cuando se estudian grandes áreas. Por lo tanto, los científicos generalmente estudian las poblaciones tomando muestras de una porción representativa de cada hábitat y utilizan esta muestra para hacer inferencias sobre la población en su conjunto. Los métodos utilizados para muestrear poblaciones para determinar su tamaño y densidad se adaptan típicamente a las características del organismo que se estudia. Para organismos inmóviles como plantas, o para organismos muy pequeños y de movimiento lento, se puede usar un cuadrante. Un cuadrante es un cuadrado de madera, plástico o metal que se ubica al azar en el suelo y se usa para contar el número de individuos que se encuentran dentro de sus límites. Para obtener un recuento preciso con este método, el cuadrado debe colocarse en ubicaciones aleatorias dentro del hábitat el tiempo suficiente para producir una estimación precisa. Este método de recuento proporcionará una estimación tanto del tamaño como de la densidad de la población. El número y tamaño de las muestras cuadradas depende del tipo de organismos y la naturaleza de su distribución.

Para los organismos móviles más pequeños, como los mamíferos, a menudo se utiliza una técnica llamada marcación y recuperación. Este método implica marcar una muestra de animales capturados de alguna manera y devolverlos al medio ambiente para que se mezclen con el resto de la población, luego, se captura una nueva muestra y los científicos determinan cuántos de los animales marcados hay en la nueva muestra. Este método asume que cuanto mayor sea la población, menor será el porcentaje de organismos marcados que serán recapturados, ya que se habrán mezclado con más individuos no marcados. Por ejemplo, si se capturan, marcan y sueltan 80 ratones de campo en el bosque, entonces se captura una segunda trampa para 100 ratones de campo y se marcan 20 de ellos, el tamaño de la población (norte) se puede determinar mediante la siguiente ecuación:

Usando nuestro ejemplo, el tamaño de la población sería 400.

Estos resultados nos dan una estimación de 400 individuos en total en la población original. Por lo general, el número real será un poco diferente debido a errores fortuitos y posibles sesgos causados ​​por los métodos de muestreo.


MODELOS DEMOGRÁFICOS Y GENÉTICOS EN BIOLOGÍA DE CONSERVACIÓN: Aplicaciones y perspectivas para las especies de árboles de la selva tropical

AbstractoRevisamos modelos demográficos deterministas y estocásticos, así como modelos genéticos de poblaciones clásicos que se han aplicado a especies de árboles de la selva tropical. Discutimos sus implicaciones para la conservación. Las principales conclusiones de los modelos demográficos deterministas son la importancia clave de la longevidad de las especies para determinar la susceptibilidad de la tasa de crecimiento de la población a la recolección de individuos en diferentes etapas de vida, el efecto crítico de la dinámica de parches y la importancia de los mecanismos dependientes de la densidad al menos para especies abundantes. El análisis de viabilidad de la población para predecir los tiempos de extinción de las especies de árboles de la selva tropical solo se ha realizado para cuatro especies de árboles de la selva tropical utilizando el modelo lineal de matriz de Lefkovitch más simple. Los resultados obtenidos están de acuerdo con los resultados de modelos estocásticos simples para poblaciones no estructuradas que se han resuelto analíticamente. Los modelos genéticos de población han demostrado que los árboles de la selva tropical: (a) poseen altos niveles de diversidad genética, (B) mantienen mayores proporciones de variación genética dentro que entre poblaciones, (C) son predominantemente cruzados, y (D) tienen altos niveles de flujo genético. Estos resultados sugieren que las especies de árboles tropicales pueden no estar en peligro inmediato de extinción por factores genéticos si se mantienen las condiciones reales. Sin embargo, se espera que el impacto de la fragmentación del bosque sea particularmente fuerte para la mayoría de las especies de árboles de la selva tropical debido principalmente a la alta carga genética que mantienen las estructuras genéticas de sus poblaciones actuales. Los modelos teórico-genéticos teóricos recientes para sistemas simples sugieren que la fijación de nuevas mutaciones levemente perjudiciales puede ser comparable en importancia a la estocasticidad ambiental, lo que implica poblaciones viables mínimas tan grandes como unos pocos miles. Es urgente desarrollar un modelo que integre factores genéticos y demográficos, que permita evaluar su importancia relativa en la persistencia a largo plazo de las especies arbóreas de la selva tropical.


Medición de la densidad de población

Una forma de medir la densidad de población es simplemente contar a todos los individuos. Sin embargo, esto puede resultar laborioso. Alternativamente, a menudo se pueden obtener buenas estimaciones de la densidad de población mediante el método del cuadrante. En el método del cuadrante, todos los individuos de una especie dada se cuentan en alguna subparcela del área total. Luego, esos datos se utilizan para determinar cuál debería ser el número total de individuos en todo el hábitat.

El método del cuadrante es particularmente adecuado para medir las densidades de población de especies que están distribuidas de manera bastante uniforme en el hábitat. Por ejemplo, se ha utilizado para determinar la densidad de población de especies del suelo como los gusanos nematodos. También se usa comúnmente para medir la densidad de población de plantas.

Para organismos más móviles, el método de captura-recaptura puede ser usado. Con esta técnica, se captura, se marca y se libera a varios individuos. Después de que haya pasado algún tiempo, tiempo suficiente para permitir la mezcla de la población, se captura un segundo grupo de individuos. El tamaño total de la población puede estimarse observando la proporción de individuos marcados en el segundo conjunto de captura. Obviamente, este método solo funciona si se puede esperar que los individuos de la población se muevan mucho y se mezclen. No funcionaría, por ejemplo, en especies territoriales, donde los individuos tienden a permanecer cerca de sus territorios.

La tasa de natalidad de una población describe el número de nuevos individuos producidos en esa población por unidad de tiempo. La tasa de mortalidad, también llamada tasa de mortalidad, describe el número de personas que mueren en una población por unidad de tiempo. La tasa de inmigración es el número de personas que se trasladan a una población desde un área diferente por unidad de tiempo. Las tasas de emigración describen el número de personas que emigran de la población por unidad de tiempo.

Los valores de estos cuatro parámetros poblacionales nos permiten determinar si una población aumentará o disminuirá en tamaño. La "tasa intrínseca de aumento r "de una población se define como r = (tasa de natalidad tasa de inmigración +)-(tasa de mortalidad + tasa de emigración ).

Si r es positivo, entonces se agregarán más individuos a la población de los que se perderán. En consecuencia, la población aumentará de tamaño. Si r es negativo, se perderán más individuos de la población de los que se agregan, por lo que la población disminuirá en tamaño. Si r es exactamente cero, entonces el tamaño de la población es estable y no cambia. Se dice que una población cuya densidad no cambia está en equilibrio .


Las 6 principales características de la población

Algunas de las características más importantes de la población son las siguientes:

1. Densidad de población 2. Natalidad 3. Mortalidad 4. Crecimiento de la población 5. Distribución por edad de la población 6. Fluctuaciones de la población.

1. Densidad de población:

La densidad de población se refiere al tamaño de cualquier población en relación con alguna unidad de espacio. Se expresa en términos de número de individuos o biomasa por unidad de área o volumen, como por ejemplo, 500 árboles de teca por hectárea 40 leones por 100 km 2, 5 millones de diatomeas por metro cúbico de agua. La densidad de población rara vez es estática y cambia con el tiempo y el espacio.

El tamaño de la población se puede medir mediante varios métodos:

Número absoluto de individuos en la población.

Número de individuos por unidad de área o volumen. Se expresa cuando el tamaño de los individuos de la población es relativamente uniforme, como en mamíferos, insectos y aves.

La densidad de la biomasa se expresa en términos de peso húmedo, peso seco, volumen y peso de carbono y nitrógeno por unidad de área o volumen.

La densidad de población se puede expresar de dos formas:

(i) Densidad de población bruta:

Cuando la densidad se expresa con referencia al área total en un momento particular.

(ii) Densidad ecológica:

Cuando la densidad se expresa con referencia al área total de hábitat disponible para la especie. La distribución entre la densidad bruta y la densidad ecológica se vuelve importante porque los patrones de distribución de los individuos en la naturaleza son diferentes y los individuos de algunas especies como Cassia tora, Oplismenus burmanni se encuentran más poblados en lugares sombreados que en otras partes de la misma área. Por lo tanto, la densidad de población calculada en el área total sería la densidad bruta y las densidades para las áreas de sombra y las áreas abiertas por separado serían las densidades ecológicas.

La densidad de población se puede calcular mediante la siguiente ecuación:

Donde D es la densidad de población n es el número de individuos a es el área y t es la unidad de tiempo. La densidad de la población humana se puede obtener dividiendo el número total de personas en el área por el área terrestre total de la región. La densidad de población de un país se puede obtener dividiendo el número total de personas que viven en la región dada por la superficie total de esa región. La densidad de población promedio en los países en desarrollo es mayor en comparación con la de los países desarrollados.

Holanda es más pequeña que India pero su densidad de población es mayor (319 / km 2 en Holanda y les / km2 En India). El área de la India es el 2,5% del mundo, pero el 15% de la población mundial vive solo en la India. La densidad de población de la India es un 4% más alta que la de Europa y más de 7 veces la de EE. UU. La densidad de población se ve afectada por una serie de factores ambientales, como factores geográficos, mortalidad, natalidad, emigración e inmigración y factores socioeconómicos.

2. Natalidad:

La natalidad se refiere a la tasa de reproducción o nacimiento por unidad de tiempo. Es una expresión de la producción de nuevos individuos en la población por nacimiento, eclosión, germinación o fisión.

La natalidad se calcula mediante la siguiente fórmula:

Tasa de natalidad o natalidad (B) = Número de nacimientos por unidad de tiempo / Población promedio.

El número máximo de nacimientos producidos por individuo en condiciones ideales de entorno se denomina natalidad potencial. También se le llama potencial reproductivo o biótico, natalidad absoluta o natalidad máxima.

La natalidad varía de un organismo a otro. Depende de la densidad de población y factores ambientales. Es una regla general que si la densidad de población suele ser baja, la tasa de natalidad también lo es. Esto es así porque las posibilidades de apareamiento entre machos y hembras son bajas. Si la densidad de población es inusualmente alta, la tasa de natalidad también puede ser baja debido a una mala nutrición o problemas fisiológicos o psicológicos relacionados con el hacinamiento.

La natalidad máxima o absoluta se observa cuando la especie existe en condiciones ecológicas y genéticas ideales. El número real de nacimientos que ocurren bajo las condiciones ambientales existentes es mucho menor en comparación con la natalidad absoluta. Se la conoce como natalidad ecológica o natalidad realizada. No es constante para la población y puede variar con el tamaño de la población y con el tiempo.

3. Mortalidad:

La mortalidad se refiere al número de muertes en la población por unidad de tiempo.

Tasa de mortalidad = D / t donde D es el número de muertes en el tiempo t.

La mortalidad se puede expresar de las siguientes dos formas:

(i) Mortalidad mínima, específica o potencial:

Representa el mínimo de pérdida teórica de individuos en condiciones ideales o no limitantes. Así, incluso en las mejores condiciones, los individuos de una población morirían de vejez determinada por su longevidad fisiológica. Entonces es constante para una población.

(ii) Mortalidad Ecológica o Realizada:

Se refiere a la muerte de individuos de una población en las condiciones ambientales existentes. Dado que varía con las condiciones ambientales, nunca es constante. La máxima mortalidad se da al huevo, larva, plántula y vejez. La mortalidad se ve afectada por una serie de factores, como la densidad, la competencia, las enfermedades, la depredación y el medio ambiente. Las tasas de mortalidad varían entre las especies y están correlacionadas con las tasas de natalidad. Cuando la tasa de natalidad es igual a la tasa de mortalidad, la población permanece estacionaria.

Una razón de nacimiento-muerte (Nacimientos / muerte x 100) se llama índice vital. Para una población, la supervivencia de los individuos es más importante que la muerte. El número de nacimientos en relación con la capacidad de carga del hábitat es un factor fundamental que influye en la tasa de mortalidad. Cuando nacen más crías de las que el hábitat puede soportar, el excedente debe morir o abandonar el área. Dado que el número de supervivientes es más importante que el número de individuos moribundos, la mortalidad se expresa mejor como supervivencia o como esperanza de vida. La esperanza de vida se refiere al número medio de años que les quedan de vida a los miembros de una población.

Tablas de vida y curva de supervivencia:

The species differ in respect of birth rates, average life span and mortality rate. When sufficient information’s about a species are available, life- table can be formulated which provides vital statistics of mortality and life expectancy for the individuals of different age-groups in the population. In such tables age is usually represented by the subscript index x which is some convenient fraction of species life span, such as, years or stage of development.

The life table is set up on the basis of an initial cohort or group of 100, 1000, 10,000 10, 00, 00 individuals and the number of living in the beginning of each successive age interval is symbolized as Ix. Plotting these data gives a survivorship curve for a species. The number of dying individuals within each age group is denoted as dx. The rate of mortality during each age interval (qx) is commonly expressed as the percentage of the number at the beginning of the interval.

Survival rate is the difference between the mortality rate and 100 per cent (i.e., 100 — qx) and is denoted by 5x. Life expectancy (ex), thus, is the mean time between any specified age and the time of death of all individuals in the age group.

Types of Survivorship Curve:

If it could be assumed that all members of an original population have the same capacity for survival (environmental effects for the moment are ignored), plotting the number of surviving individuals against time would produce a survivorship curve in the form of a right angle. There are three general types of survivorship curves which represent different natures of survivors in different types of population (Fig. 4.1).

(i) First Type or Highly Convex Curve:

Curve A in the Fig. 4.1 is the characteristic of the species in which the population mortality rate is low until near the end of life span under ideal environmental conditions. Thus, all the members born at the same time live out the full physiological life span characteristic of the species and all die at about the same time. Many species of animals as deer, mountain sheep, and modem man show such curves.

(ii) Second Type or Diagonal Curve:

Survivorship curve B in the figure 4.1 is characteristic of organisms in which rate of mortality is fairly constant at all age levels, a more or less uniform percentage decrease in the number that survives.

(iii) Third Type or Highly Concave Curve:

Survivorship Curve C in the Fig. 4.1 is characteristic of such species in which mortality rate is high during the early stage and constant in all other age-groups. Oyster, some birds, oak trees, etc. show this type of curves.

4. Population Growth:

The growth is one of the dynamic features of species population. Population size increases in a characteristic way. When the number of individuals of population is plotted on the y-axis and the times on the x-axis, a curve is obtained that indicates the trend in the growth of population size in a given time. This curve is called population growth curve.

There are two types of growth curves:

When a few organisms are introduced in an area, the population increase is very slow in the beginning (positive acceleration phase or lag phase), in the middle phase, the population increase becomes very rapid (logarithmic phase) and finally in the last phase population increase is slowed down (negative acceleration phase) until an equilibrium is attained Lund which the population size fluctuates according to variability of environment.

The level beyond which no major increase can occur is referred to as saturation level or carrying capacity. In the last phase the new organisms are almost equal to the number of dying individuals and thus there is no increase in population size. In this way, one gets sigmoid or 5-shaped growth curve (Fig. 4.2).

The second type of growth curve is J-shaped. Here in the first phase there is no increase in population size because it needs some time for adjustment in the new environment. Soon after the population is established in the new environment, it starts multiplying rapidly. This increase in population is continued till large amount of food materials exist in the habitat. After some time, due to increase in population size, food supply in the habitat becomes limited which ultimately results in decrease in population size. This will result in J-shaped growth curve rather than S-shaped (Fig. 4.2).

5. Age Distribution:

Age distribution is another important characteristic of population which influences natality and mortality. Mortality, usually varies with age, as chances of death are more in early and later periods of life span. Similarly, natality is restricted to certain age groups, as for example, in middle age-groups in higher animals. According to Bodenheimer (1958), the individuals of a population can be divided into pre-reproductive, reproductive and post-reproductive groups. The individuals of pre-reproductive group are young, those of reproductive group are mature and those in post-reproductive group are old.

The distribution of ages may be constant or variable. It is directly related to the growth rate of the population. Depending upon the proportion of the three age-groups, populations can be said to be growing, mature or stable, and diminishing In other words, the ratio of various age groups in a population determines the reproductive status of the population. Rapidly increasing population contains a large proportion of young individuals, a stable population shows even distribution of individuals in reproductive age-group and a declining population contains a large proportion of old individuals.

Age pyramid is a model in which the numbers or proportions of individuals in various age groups at any given time are geometrically presented. In an age pyramid, the number of pre-reproductive individuals is shown at the base that of reproductive age group in the middle and the number of post-reproductive individuals at the top.

The shape of age-pyramid changes with the change in the population age distribution over a period of time (Fig. 4.3). The age pyramid indicates whether a population is expanding or stable or diminishing and accordingly three hypothetical age pyramids have been suggested.

(i) Pyramid with broad base:

This pyramid shows a high percentage of young individuals and an exponential growth of population due to high birth rate, as for example in yeast, housefly, Paramecium (Fig. 4.4A).

(ii) Bell-shaped pyramid:

This type of age pyramid shows a stationary or stable population having, more or less equal number of young and middle-aged individuals and post-reproductive individuals being the smallest in number (Fig. 4.4 B).

(iii) Pyramid with narrow base:

This is an um-shaped pyramid which shows increased numbers of middle aged and old organisms as compared to young ones in the population. It is indicative of contracting or diminishing population (Fig. 4.4 C).

6. Population Fluctuations:

The size and density of natural population show a changing pattern over a period of time. This is called population fluctuation.

There are three types of variations in the pattern of population change:

When the population remains static over the years, it is said to be non-fluctuating.

The cyclic variations may be (i) seasonal, and (ii) annual. Sometimes seasonal changes occur in the population and there are additions to the population at the time of maximum reproduction and losses under adverse climatic conditions. Common examples of seasonal variations are met in mosquitoes and houseflies which are abundant in particular season and so also the weeds in the field during the rainy season. When the population of a species shows regular ups and downs over the years, it is called annual cyclic variation. It appears in the form of a sigmoid curve with regular drops in population after peaks.

When the change in population density does not occur at regular intervals or in response to any obvious environmental factor, it is said to be irruptive fluctuation. In this there is a sudden exponential or logarithmic increase in population density in short time followed by equally quick drop in population density due to deaths, and final return to normal level or even below that level.


Contenido

The first principle of population dynamics is widely regarded as the exponential law of Malthus, as modelled by the Malthusian growth model. The early period was dominated by demographic studies such as the work of Benjamin Gompertz and Pierre François Verhulst in the early 19th century, who refined and adjusted the Malthusian demographic model. A more general model formulation was proposed by F.J. Richards in 1959, by which the models of Gompertz, Verhulst and also Ludwig von Bertalanffy are covered as special cases of the general formulation. [6]

The population size (usually denoted by norte) is the number of individual organisms in a population.

The effective population size (nortemi) was defined by Sewall Wright, who wrote two landmark papers on it (Wright 1931, 1938). He defined it as "the number of breeding individuals in an idealized population that would show the same amount of dispersion of allele frequencies under random genetic drift or the same amount of inbreeding as the population under consideration". It is a basic parameter in many models in population genetics. nortemi is usually less than norte (the absolute population size).

Small population size results in increased genetic drift. Population bottlenecks are when population size reduces for a short period of time.

Overpopulation may indicate any case in which the population of any species of animal may exceed the carrying capacity of its ecological niche.

Virtual population analysis (VPA) is a cohort modeling technique commonly used in fisheries science for reconstructing historical fish numbers at age using information on death of individuals each year. This death is usually partitioned into catch by fisheries and natural mortality. VPA is virtual in the sense that the population size is not observed or measured directly but is inferred or back-calculated to have been a certain size in the past in order to support the observed fish catches and an assumed death rate owing to non-fishery related causes.

The minimum viable population (MVP) is a lower bound on the population of a species, such that it can survive in the wild. More specifically MVP is the smallest possible size at which a biological population can exist without facing extinction from natural disasters or demographic, environmental, or genetic stochasticity. [7] The term "population" refers to the population of a species in the wild.

As a reference standard, MVP is usually given with a population survival probability of somewhere between ninety and ninety-five percent and calculated for between one hundred and one thousand years into the future.

The MVP can be calculated using computer simulations known as population viability analyses (PVA), where populations are modelled and future population dynamics are projected.

In population ecology and economics, the maximum sustainable yield or MSY is, theoretically, the largest catch that can be taken from a fishery stock over an indefinite period. [8] [9] Under the assumption of logistic growth, the MSY will be exactly at half the carrying capacity of a species, as this is the stage at when population growth is highest. The maximum sustainable yield is usually higher than the optimum sustainable yield.

This logistic model of growth is produced by a population introduced to a new habitat or with very poor numbers going through a lag phase of slow growth at first. Once it reaches a foothold population it will go through a rapid growth rate that will start to level off once the species approaches carrying capacity. The idea of maximum sustained yield is to decrease population density to the point of highest growth rate possible. This changes the number of the population, but the new number can be maintained indefinitely, ideally.

MSY is extensively used for fisheries management. [10] [11] Unlike the logistic (Schaefer) model, MSY in most modern fisheries models occurs at around 30-40% of the unexploited population size. [12] This fraction differs among populations depending on the life history of the species and the age-specific selectivity of the fishing method.

However, the approach has been widely criticized as ignoring several key factors involved in fisheries management and has led to the devastating collapse of many fisheries. As a simple calculation, it ignores the size and age of the animal being taken, its reproductive status, and it focuses solely on the species in question, ignoring the damage to the ecosystem caused by the designated level of exploitation and the issue of bycatch. Among conservation biologists it is widely regarded as dangerous and misused. [4] [5]

Recruitment is the number of new young fish that enter a population in a given year. The size of fish populations can fluctuate by orders of magnitude over time, and five to 10-fold variations in abundance are usual. This variability applies across time spans ranging from a year to hundreds of years. Year to year fluctuations in the abundance of short lived forage fish can be nearly as great as the fluctuations that occur over decades or centuries. This suggests that fluctuations in reproductive and recruitment success are prime factors behind fluctuations in abundance. Annual fluctuations often seem random, and recruitment success often has a poor relationship to adult stock levels and fishing effort. This makes prediction difficult. [13]

The recruitment problem is the problem of predicting the number of fish larvae in one season that will survive and become juvenile fish in the next season. It has been called "the central problem of fish population dynamics" [14] and “the major problem in fisheries science". [15] Fish produce huge volumes of larvae, but the volumes are very variable and mortality is high. This makes good predictions difficult. [16]

According to Daniel Pauly, [15] [17] the definitive study was made in 1999 by Ransom Myers. [18] Myers solved the problem "by assembling a large base of stock data and developing a complex mathematical model to sort it out. Out of that came the conclusion that a female in general produced three to five recruits per year for most fish.” [15]

Fishing effort is a measure of the anthropogenic work input used to catch fish. A good measure of the fishing effort will be approximately proportional to the amount of fish captured. Different measures are appropriate for different kinds of fisheries. For example, the fishing effort exerted by a fishing fleet in a trawl fishery might be measured by summing the products of the engine power for each boat and time it spent at sea (KW × days). For a gill-net fishery the effort might be measured by summing the products of the length of each set net and the time it was set in the water (Km × soak time). In fisheries where boats spend a lot of time looking for fish, a measure based on search time may be used. [19] [20] [21]

The notion of overfishing hinges on what is meant by an acceptable level of fishing.

A current operational model used by some fisheries for predicting acceptable levels is the Harvest Control Rule (HCR). This formalizes and summarizes a management strategy which can actively adapt to subsequent feedback. The HCR is a variable over which the management has some direct control and describes how the harvest is intended to be controlled by management in relation to the state of some indicator of stock status. For example, a harvest control rule can describe the various values of fishing mortality which will be aimed at for various values of the stock abundance. Constant catch and constant fishing mortality are two types of simple harvest control rules. [22]

  • Biological overfishing occurs when fishing mortality has reached a level where the stock biomass has negative marginal growth (slowing down biomass growth), as indicated by the red area in the figure. Fish are being taken out of the water so quickly that the replenishment of stock by breeding slows down. If the replenishment continues to slow down for long enough, replenishment will go into reverse and the population will decrease.
  • Economic o bioeconomic overfishing additionally considers the cost of fishing and defines overfishing as a situation of negative marginal growth of resource rent. Fish are being taken out of the water so quickly that the growth in the profitability of fishing slows down. If this continues for long enough, profitability will decrease.

A metapopulation is a group of spatially separated populations of the same species which interact at some level. The term was coined by Richard Levins in 1969. The idea has been most broadly applied to species in naturally or artificially fragmented habitats. In Levins' own words, it consists of "a population of populations". [23]

A metapopulation generally consists of several distinct populations together with areas of suitable habitat which are currently unoccupied. Each population cycles in relative independence of the other populations and eventually goes extinct as a consequence of demographic stochasticity (fluctuations in population size due to random demographic events) the smaller the population, the more prone it is to extinction.

Although individual populations have finite life-spans, the population as a whole is often stable because immigrants from one population (which may, for example, be experiencing a population boom) are likely to re-colonize habitat which has been left open by the extinction of another population. They may also emigrate to a small population and rescue that population from extinction (called the rescue effect).


Population Dynamics in Fragmented Landscapes (With Statistics)

Fragmentation of habitat and patchiness may affect various individual, population and community level processes. Endeavors of ecologists and conservationists to protect wildlife populations in such habitats have resulted in various conservation theories and management options.

One early theory—the theory of island biogeography—was proposed by McArthur and Wilson (1967).

The theory of island biogeography states that in a fragmented community, the species number remains constant, but that local turnover among islands changes the species composition of island communities.

Levins (1970) furthered this concept for populations in fragmented habitats through the rates of meta-population extinction theory.

A meta-population is a dynamic demographic unit composed of several smaller sub-populations of a species where extinction in one patch is balanced by re-colonization in another. Levin’s theory states that if re-colonization rates match the extinction rates of sub-populations in a meta-population, then the persistence of a meta-population is possible.

However, the ability of a sub-population to recolonize is dependent on how well the patches are connected. However, an important precondition is that the constituent sub-populations should be “isolated enough to constitute separate populations and yet be interconnected enough to permit re-colonization to balance extinction of this isolated sub-populations” (Harrison 1992).

It is worthwhile to mention in support of the above theories that as islands are isolated, and in many cases the species found on them are endemic, extinction has been particularly common on islands. About 93 per cent of the bird species whose extinction has been recorded since 1600 have been island species.

The Percolation theory deals with modelling irregular animal behaviour in a hostile matrix. The theory is important with respect to animal movements and use of resources. One other theory—the Source-Sink theory evolved from the demographic model suggested by Pulliam (1988, 1996).

The theory defines ‘Source’ as a population in which births exceed deaths and immigration rates. On the other hand, a ‘Sink’ is defined as a population showing negative balance between offspring and deaths and in which juvenile population does not have the capability to replace adult mortality.

Merriam (1984) defines ‘connectivity’ as a parameter to measure the processes by which the sub-populations of a landscape are interconnected into a demographic functional unit. Connectivity can be seen as the inverse correlate of hostility of the inter-patch habitat.

It is a functional parameter that varies according to specific organisms and is frequently not related to landscape structure (Farina 1998). However, connectivity itself stems from the complex interactions between species-specific movement patterns and landscape features. For example, woodland connectedness plays a fundamental role for species that need tree cover for their movements (ibid.).

It is important to note that that ‘connectedness’ and ‘connectivity’ between habitats are two different terms. Thus, while connectedness—the structural connection between habitat patches—enhances the possibility of connectivity, connectivity itself may not be guaranteed by connectedness. Whatever the dynamics of a population in a fragmented landscape, Beier and Noss (1998) argue that connectivity “enhances population viability for many species”.


Survivorship Curves

Another tool used by population ecologists is a survivorship curve , which is a graph of the number of individuals surviving at each age interval plotted versus time (usually with data compiled from a life table). These curves allow us to compare the life histories of different populations. Humans and most primates exhibit a Type I survivorship curve because a high percentage of offspring survive their early and middle years—death occurs predominantly in older individuals. These types of species usually have small numbers of offspring at one time, and they give a high amount of parental care to them to ensure their survival. Birds are an example of an intermediate or Type II survivorship curve because birds die more or less equally at each age interval. These organisms also may have relatively few offspring and provide significant parental care. Trees, marine invertebrates, and most fishes exhibit a Type III survivorship curve because very few of these organisms survive their younger years however, those that make it to an old age are more likely to survive for a relatively long period of time. Organisms in this category usually have a very large number of offspring, but once they are born, little parental care is provided. Thus these offspring are “on their own” and vulnerable to predation, but their sheer numbers assure the survival of enough individuals to perpetuate the species.

Survivorship curves show the distribution of individuals in a population according to age. Humans and most mammals have a Type I survivorship curve because death primarily occurs in the older years. Birds have a Type II survivorship curve, as death at any age is equally probable. Trees have a Type III survivorship curve because very few survive the younger years, but after a certain age, individuals are much more likely to survive.


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